Bacteria
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| Bactérie | |||||||||
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| Image:Deinococcus radiodurans.jpg | |||||||||
| Une bactérie Deinococcus radiodurans. | |||||||||
| Classification classique | |||||||||
| Règne | Bacteria | ||||||||
| Empire | Prokaryota | ||||||||
| Taxons de rang inférieur | |||||||||
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| Références | |||||||||
| ITIS : (en) | |||||||||
| Classification phylogénétique | |||||||||
Position :
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| d’après Classification phylogénétique du vivant (voir arbre phylogénétique) | |||||||||
| Parcourez la biologie sur Wikipédia :
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Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryote, caractérisés par une absence de noyau et d'organites. La plupart des bactéries possèdent une paroi cellulaire glucidique, le peptidoglycane. Les bactéries mesurent quelques micromètres de long et peuvent présenter différentes formes : des formes sphériques (coques), des formes allongées ou en bâtonnets (bacilles), des formes plus ou moins spiralées. L’étude des bactéries est la bactériologie, une branche de la microbiologie.
Les bactéries sont ubiquitaires et sont présentes dans tous les types de biotopes rencontrés sur Terre. Elles peuvent être isolées du sol, des eaux douces, marines ou saumâtres, de l’air, des profondeurs océaniques, de la croûte terrestre, sur la peau et dans l’intestin des animaux. Il y a quarante millions de cellules bactériennes dans un gramme de sol et un million de cellules bactériennes dans un millilitre d’eau douce. En tout, il y aurait cinq million trillion trillion (5 × 1030) bactéries dans le monde<ref>Whitman W, Coleman D, Wiebe W (1998). "Prokaryotes: the unseen majority". Proc Natl Acad Sci U S A 95 (12): 6578 – 83.</ref>. Les bactéries ont une importance considérable dans les cycles biogéochimiques comme le cycle du carbone et la fixation de l’azote de l’atmosphère.
Il y a dix fois plus de cellules bactériennes que de cellules humaines dans le corps humain avec un grand nombre de bactéries sur la peau et dans le tractus digestif. La plupart de ces bactéries sont inoffensives ou bénéfiques pour l’organisme. Il existe cependant de nombreuses espèces pathogènes à l'origine de beaucoup de maladies infectieuses comme le choléra, la syphilis, la peste, l’anthrax, la tuberculose. Des bactéries peuvent entraîner des troubles respiratoires ou intestinales alors que d’autres peuvent être responsables de l’infection de blessure. Les infections bactériennes peuvent être traitées grâce aux antibiotiques qui le plus souvent inhibent une de leur fonction vitale (par exemple la pénicilline bloque la synthèse de la paroi cellulaire).
Les bactéries peuvent être très utiles à l’Homme lors des processus de traitement des eaux usées, dans l’agroalimentaire lors de la fabrication des yaourts ou du fromage et dans la production industrielle de nombreux composés chimiques.
Sommaire |
[modifier] Histoire
Les bactéries sont microscopiques, mesurant pour la plupart d'entre elles entre 0,5 et 5 micromètres . Elles ne sont donc visibles qu'avec un microscope. Antoine van Leeuwenhoek fut le premier à observer des bactéries, grâce à un microscope de sa fabrication, en 1668.
Le mot « bactérie » apparaît pour la première fois avec le microbiologiste allemand Christian Gottfried Ehrenberg en 1828. Ce mot dérive du grec βακτηριον, qui signifie « bâtonnet ».
Louis Pasteur et Robert Koch ont décrit le rôle des bactéries dans la transmission des maladies, Louis Pasteur ayant prouvé leur existence, et Robert Koch l'ayant démontré aux sceptiques.
[modifier] Structure cellulaire
En tant que procaryote (organisme sans noyau), les bactéries sont des cellules relativement simples, caractérisées par une absence de noyau et celle d’organites comme les mitochondries et les chloroplastes.
Une caractéristique importante des bactéries est la paroi cellulaire. Les bactéries peuvent être divisées en deux groupes (Gram négatif et Gram positif) basé sur la différence de la structure et de la composition chimique de la paroi cellulaire mise en évidence grâce à la coloration de Gram. Les bactéries à coloration de Gram positif possèdent une paroi cellulaire contenant un peptidoglycane (ou muréine) épais et des acides teichoïques alors que bactéries à coloration de Gram négatif présentent un peptidoglycane fin localisé dans le périplasme entre la membrane cytoplasmique et une membrane cellulaire externe.
Au niveau intracellulaire, les bactéries possèdent un chromosome sous forme de filament d’ADN, support de l’hérédité. Le chromosome bactérien est en général circulaire. En plus de cet ADN génomique, les cellules bactériennes contiennent souvent des molécules d’ADN circulaire extra-chromosomiques appelées plasmides. Les cellules contiennent aussi de nombreux ribosomes permettant la synthèse protéique grâce au mécanisme de la traduction. Le cytoplasme des procaryotes contient souvent des substances intracellulaires de réserve qui sont des stocks de nutriments sous forme de glycogène, amidon ou poly-b-hydroxybutyrate (PBH). Certaines espèces de bactéries aquatiques possèdent des vésicules à gaz qui assurent la flottabilité des cellules. D’autres espèces, les bactéries magnétotactiques, ont la particularité de présenter un magnétosome.
Beaucoup de bactéries possèdent des structures extra-cellulaire comme des flagelles utilisés pour la mobilité des cellules, et des fimbriae permettant l’attachement ou le phénomène de conjugaison. Les bactéries hétérotrophes peuvent utiliser leurs flagelles pour se diriger vers des zones riches en substances organiques (nutriments) grâce au phénomène appelé chimiotactisme.
Quelques bactéries peuvent fabriquer de fines couches externes à la paroi cellulaire. Les capsules constituent par exemple une barrière de protection de la cellule contre l’environnement externe. Elle facilite aussi l’attachement aux surfaces et la formation de biofilm. Certaines bactéries qualifiées de bactéries engainées produisent une couche externe dense et rigide : la gaine. Ce phénomène est courant chez les bactéries de l’eau qui forment des chaînes filamenteuses (Sphaerotilus natans par exemple). La gaine protège les cellules contre les turbulences de l’eau. Les bactéries du groupe Cytophaga – Flavobacterium produisent une couche muqueuse qui leur permettent de rester en contact étroit avec un milieu solide. Certaines autres bactéries comme les Spirillum peuvent s’envelopper d’une couche protéique appelée la couche S.
Quelques bactéries comme Bacillus ou Clostridium peuvent fabriquer des endospores leur permettant de résister à des certaines conditions de stress environnementaux ou chimique.
[modifier] Croissance et Reproduction
[modifier] La division cellulaire
Deux cellules identiques sont produites à partir d’une cellule mère. La croissance cellulaire se manifeste par un accroissement du volume cellulaire, suivi de la synthèse d’un septum transversal au milieu de la cellule, aboutissant à la séparation des deux cellules filles. La division bactérienne est précédée par la duplication du chromosome bactérien grâce à la réplication de l’ADN.
Quelques bactéries présentent des structures reproductives plus complexes mais toujours de manière asexuée facilitant la dispersion, Myxococcus élabore des fructifications, tandis que Streptomyces forme des hyphes aériens.
[modifier] Culture des bactéries
Au laboratoire, les bactéries peuvent être cultivées en milieu de culture liquide ou en milieu solide. Le milieu de culture doit apporter les éléments nutritifs ou nutriments élémentaires à la bactérie. Les milieux de culture gélosés solides sont utilisés pour isoler des cultures pures de cellules bactériennes. Dans le cas des bactéries se divisant rapidement, une cellule bactérienne dispersée sur un milieu gélosé va se multiplier et, au bout de 24 à 48 heures, devenir un amas de bactéries, appelé une colonie bactérienne, visible à l’œil nu.
Le temps de génération est le temps nécessaire à une bactérie pour se diviser. Le temps de génération correspond donc au temps nécessaire pour qu’une population de cellules double en nombre. Ce temps est très variable selon les espèces de bactéries. Il est par exemple de 20 minutes pour Escherichia coli, 100 minutes pour Lactobacillus acidophilus, 1000 minutes pour Mycobacterium tuberculosis.
La croissance d’une population bactérienne dans un milieu de culture liquide, non renouvellé, peut être observé au cours du temps. Les cellules se divisent, et leur nombre augmente au cours du temps. Si on relève le nombre de bactéries à différents intervalles au cours de la croissance, on obtient une courbe de croissance. Elle présente quatre phases principales. (1) La phase de latence correspond à une période d’adaptation de la bactérie au milieu. (2) Au cours de la phase de croissance exponentielle, les bactéries se développent de façon maximal avec un taux de croissance maximal et constant. Après une phase transitoire de ralentissement, le nombre de bactéries n’évoluent plus : (3) c’est la phase stationnaire. Les divisions bactériennes qui se font encore sont compensées par la mort de bactéries. (4) La dernière phase est la phase de mortalité ou de déclin. Les bactéries ne se divisent plus, elles meurent et peuvent être lysées. Le milieu de culture n’apporte plus les conditions nécessaires au développement des bactéries. On observe une courbe de décroissance exponentielle progressive.
[modifier] Paramètres influant la croissance microbienne
Certaines conditions environnementales (paramètres physico-chimiques) influencent la croissance des micro-organismes. Parmi celles-ci figurent le pH (acidité et alcalinité), la température, la présence d’O2, de CO2, la disponibilité de l’eau.
La plupart des micro-organismes tolèrent une gamme de pH permettant la croissance. Le pH optimal de croissance de beaucoup de bactéries est proche de la neutralité (pH 7). Les micro-organismes acidophiles se développent à des pH acides, alors que les micro-organismes alcalinophiles se développent à des pH basiques.
De même, les bactéries peuvent être distinguées selon leur aptitude à croître en fonction de la température. Les mésophiles se développent généralement à des températures comprises entre 20 et 45°C. Les psychrophiles possèdent des températures optimales de croissance inférieur à 15°C, alors que les bactéries thermophiles croissent de façon optimale à des températures comprises entre 45 et 70°C. Les micro-organismes ayant des températures optimales de croissance supérieur à 70°C sont qualifiés d’hyperthermophiles.
[modifier] Variation génétique
Des variations génétiques peuvent avoir lieu lorsqu'il y a recombinaison génétique : des mutations (changement ponctuel aléatoire de l'information génétique d'une cellule), transformations (transfert d'ADN d'une bactérie à l'autre en milieu liquide), transduction bactérienne (transfert d'ADN via un bactériophage), lysogénisation (intégration plus ou moins complète du génome d'un bactériophage) et conjugaison bactérienne (transfert d'ADN d'une bactérie à l'autre via une structure spéciale : les pili). L'ADN étranger peut être intégré dans le génome et être transmis aux générations suivantes. Beaucoup de bactéries possèdent des plasmides, qui sont des séquences d'ADN circulaire extra-chromosomales.
[modifier] Morphologie et association des bactéries
Image:EscherichiaColi NIAID.jpg
Les bactéries présentent une grande diversité de taille et de forme. Les cellules bactériennes typiques ont une taille comprise entre 0,5 et 5 µm de longueur, cependant, quelques espèces comme Thiomargarita namibiensis et Epulopiscium fishelsoni peuvent mesurer jusqu’à 500 µm (0,5 mm) de long et être visible à l’œil nu. Parmi les plus petites bactéries, les Mycoplasmes mesure 0,3 µm, soit une taille comparable à certains gros virus.
La plupart des bactéries sont soit sphériques, appelées coques (pl. cocci, du grecque kókkos, grain), ou soit en forme de bâtonnet, appelé bacilles (pl. baccili, du Latin baculus, bâton). Il existe aussi des formes intermédiaires : les cocobacilles. Quelques bactéries en forme de bâtonnet sont légèrement incurvées comme les Vibrio. D’autres bactéries sont hélicoïdales. Ce sont des spirilles si la forme est invariable et rigide, des spirochètes si l’organisme est flexible et peut changer de forme. La grande diversité de formes est déterminée par la paroi cellulaire et le cytosquelette. Les différentes formes de bactéries peuvent influencer leur capacité d’acquérir des nutriments, de s’attacher aux surfaces, de nager dans un liquide et d’échapper à la prédation.
Beaucoup d’espèces bactériennes peuvent être observées sous forme unicellulaire isolée alors que d’autres espèces sont associées en paires (diploides) comme les Neisseria ou en en chaînette, caractéristique des Streptocoques. Dans ces cas, les coques se divisent selon un axe unique et les cellules restent liées après la division. Certains coques se divisent selon un axe perpendiculaire et s’agencent de façon régulière pour former des feuillets. D’autres se divisent de façon désordonné et forment des amas comme les membres du genre Staphylococcus qui présentent un regroupement caractéristique en grappe de raisin. D’autres bactéries peuvent s’élonger et former des filaments composés de plusieurs cellules comme les Actinomycetes. D’autres organismes comme les cyanobactérie forment des chaînes appelées trichome. Dans ce cas, les cellules sont en relation étroite et les échanges physiologiques sont favorisés.
En dépit de leur apparente simplicité, les bactéries peuvent aussi former des associations complexes. Elles peuvent s’attacher aux surfaces et former des agrégations appelées biofilms. Les bactéries présentent dans le biofilm peuvent présenter un arrangement complexe des cellules et des composants extra-cellulaires, formant des structures secondaires comme des microcolonies, dans lesquels se forment un réseau de canal facilitant la diffusion des nutriments.
[modifier] Modes de vie
Il existe une grande variété de métabolismes chez les bactéries. Certaines n'ont besoin que de dioxyde de carbone comme source : elles sont alors dites autotrophes. Parmi celles-ci, certaines tirent leur énergie de la lumière photoautotrophes, d'autres utilisent des composés chimiques qu'elles dégradent chémoautotrophes. Les bactéries dépendantes de sources organiques de carbone sont dites hétérotrophes. Les bactéries réduisant des composants minéraux sont des lithotrophes, et s'opposent aux organotrophes. Parmi les photolithotrophes se trouvent les cyanobactéries, qui sont les plus anciens organismes connus à l'état fossile, et qui ont probablement joué un rôle important dans la production de l'oxygène de l'atmosphère.
Selon leur mode de vie, les bactéries peuvent être classées en trois groupes :
- les aérobies strictes peuvent vivre uniquement en présence de dioxygène ou oxygène moléculaire (O2) ;
- les aéro-anaérobies facultatives peuvent vivre en présence ou en absence de dioxygène ;
- les anaérobies ne peuvent vivre qu'en absence de dioxygène.
Des bactéries peuvent également vivre dans des milieux très défavorables à la vie, elles sont appelées extrémophiles : elles occupent des milieux comme des sources chaudes, des eaux très acides ou alcalines, ou très salées...
[modifier] Métabolisme
Les bactéries vivent dans pratiquement toutes les niches environnementales de la biosphère. Elles peuvent ainsi utiliser une très large variété de source de carbone et/ou d’énergie.
En fonction de leurs sources de carbone et d’énergie, les bactéries peuvent être divisées en quatre groupes principaux :
- Les photoautotrophes utilisent la lumière comme source d’énergie et le CO2 comme source de carbone.
- Les photohétérotrophes se développent par photosynthèse.
- Les chimioautotrophes utilisent des substrats inorganiques réduits pour l’assimilation réductrice du CO2 et comme source d’énergie.
- Les chimiohétérotrophes utilisent des substrats organiques comme source de carbone et d’énergie.
[modifier] Mobilité des bactéries
Certaines bactéries sont mobiles et peuvent se déplacer grâce à un ou plusieurs flagelles, d’autres bactéries peuvent se déplacer par glissement.
Les flagelles des bactéries sont de longs appendices protéiques flexibles. Leur nombre et leur position peuvent différer selon les espèces de bactéries. La flagellation (ou ciliature) polaire monotriche correspond à la présence d’un seul flagelle à un pôle de la bactérie (exemple des Vibrio). La flagellation polaire lophotriche correspond à la présence de plusieurs au pôle de la bactérie (Pseudomonas par exemple). D’autres bactéries comme Escherichia coli produisent des flagelles sur toute la surface cellulaire et possèdent donc une flagellation péritriche.
Le filament du flagelle est constitué d’une protéine, la flagelline. Le type de rotation du flagelle peut déterminer le type de mouvement de la bactérie.
Les bactéries mobiles peuvent réagir à des stimuli, être attirées par des substances nutritives comme les sucres, les acides aminés, l’oxygène, ou être repoussées par des substances nuisibles. Ce comportement est appelé le chimiotactisme. Des chimiorécepteurs de nature protéique sont présents au niveau de la membrane plasmique et du périplasme des bactéries et peuvent détectées différentes substances attractives ou nocives.
[modifier] Actions des bactéries
Les bactéries sont à la fois dangereuses et utiles pour l'environnement, les humains et les animaux. Certaines bactéries ont une action pathogène et sont à l'origine de maladies comme le tétanos, la syphilis, le choléra ou la tuberculose. Les pathogènes sont traités par des antibiotiques, qui peuvent être classés en bactéricides ou bactériostatiques, selon qu'ils tuent les bactéries ou qu'ils empêchent leur croissance.
Dans le sol, les microorganismes participent à la transformation de l'azote en ammoniaque. De nombreuses bactéries sont des symbiotes d'organismes animaux et participent à la digestion.
Les bactéries sont souvent utilisées par l'homme dans les processus de fermentation et des bactéries transformées sont utilisées pour synthétiser des médicaments comme l'insuline. Des bactéries sont également utilisées dans les fosses septiques pour en assurer l'épuration. Celles-ci fabriquent également du méthane au cours de ce processus.
Il est généralement admis que les mitochondries, sorte de piles énergétiques intracellulaires, sont des bactéries symbiotiques intégrées à la nuit des temps et sélectionnées par la valeur et l'importance de leur action : celle de permettre à leur hôte d'utiliser l'oxygène et de dégrader complètement les substrats biochimiques nutritionnels, tels que le glucose par exemple. Sans ces bactéries, il serait impossible de respirer l'air qui serait toxique à cause de son oxygène. L'évolution aurait été limitée avec des êtres vivants fonctionnant grâce à la fermentation, en l'absence d'oxygène.
[modifier] Anecdotes
[modifier] Les plus anciennes bactéries en vie
En 2000, un forage dans le pergélisol de l'Alaska (près de la ville de Fox) a permis à des scientifiques américains de mettre au jour une bactérie vieille d'environ 32 000 ans et toujours vivante.
On a retrouvé une bactérie endormie vivant à l'intérieur d'une abeille qui était dans de l'ambre (résine fossile - provenant de conifères, de l'époque oligocène qui poussaient sur l'emplacement de l'actuelle mer Baltique - et se présentant sous forme de morceaux durs et cassants, plus ou moins transparents, jaunes ou rougeâtres) depuis 25 à 40 millions d'années.
De même, une bactérie demeurée endormie depuis 250 millions d'années a été découverte dans un cristal de sel. Elle a été découverte par Russell Vreeland de l'Université de West Chester en Pennsylvanie dans un lit de sel à environ 600 mètres sous terre, près de Carlsbad Nouveau Mexique.
[modifier] Recherche de bactéries extra-terrestres
On cherche actuellement à savoir s'il a existé une vie bactérienne sur la planète Mars. Certains éléments d'analyse du sol martien semblent s'orienter en ce sens, et la présence abondante d'eau sur Mars jadis a peut-être pu constituer un terrain extrêmement favorable au développement de la vie bactérienne si elle est apparue. Si la chose venait à être confirmée, ce serait un élément important en faveur de l'hypothèse de panspermie. Une chose semble certaine aujourd'hui (2006): les différents appareils envoyés sur Mars dans un but d'exploration de la planète y ont laissé des bactéries d'origine terrestre !
[modifier] Voir aussi
- Structure bactérienne
- Archaea
- Écologie microbienne
- Liste de bactéries importantes sur le plan clinique
[modifier] Références
<references/>
[modifier] Bibliographie
- Perry J., Staley J., Lory S. Microbiologie. Editions Dunod, 2004.
- Prescott, L.M., Harley, J.P. Klein, D.A., Microbiologie 2e édition DeBoeck eds, 2003.
- Singleton P. Bactériologie : Pour la médecine, la biologie et les biotechnologies. Cours, 6ème édition, Dunod, 2005.
[modifier] Liens externes
- Voir un schéma détaillé d'une cellule bactérienne
- Bacterial Growth and Cell Wall
- Vidéo sur les bactéries présentes dans les eaux naturelles
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