UNIVERSITE SAAD DAHLEB DE BLIDA FACULTE DES SCIENES AGRO-VETERINAIRES ET BIOLOGIQUES 2ème année biologie Module : microbiologie Cours 4 : Nutrition bactérienne Mme DEBIB Aicha Introduction Pour étudier les bactéries, il faut être capable de les faire croître en culture pure. Pour cela, il faut connaître les types de nutriments dont elles ont besoin, ainsi que les différentes conditions physiques qui permettent une croissance optimale. Certaines bactéries ont des besoins nutritifs simples, d’autres en ont de très complexes. Il faut donc adapter les conditions de culture selon les besoins de chaque groupe de bactéries. 1. Besoins énergétiques et élémentaires : Les bactéries se multiplient à partir des aliments présents dans les milieux de culture. Elles ont toutes un certain nombre de besoins communs : Eau Source d’énergie Source de carbone Source d’azote Eléments minéraux 1.1. Source d’énergie : En se référant à la source d’énergie, on peut reconnaître deux grandes classes de bactéries : A. Les phototrophes : capables d’utiliser l’énergie lumineuse pour leurs activités anaboliques ; B. Les chimiotrophes : obtiennent leur énergie de l’oxydation de composés chimiques. La photosynthèse est le mode de vie caractéristique des végétaux, des cyanobactéries et de quelques espèces bactériennes. Dans chaque cas, grâce à l’énergie lumineuse, le processus conduit à la synthèse d’ATP. La photosynthèse bactérienne peut donc faire appel à des composés minéraux ou organiques comme source d’électrons. On parle de bactéries : A.1. photolithotrophes quand le donneur d’électrons est minéral : Bactéries capables de se développer dans un milieu purement minéral (bactéries sulfureuses pourpres et bactéries sulfureuses vertes) A.2.photoorganotrophes qui nécessitent les composés organiques comme source d’électrons (bactéries pourpres sulfureuses). De la même façon, pour classer les bactéries chimiotrophes, elles puisent leur énergie des composés minéraux ou organiques. B.1. Chimiolithotrophes si le donneur d’électrons est minéral ; B.2. Chimioorganotrophes si le donneur d’électrons est organique. La grande majorité des bactéries rentre dans cette dernière catégorie : bactéries pathogènes, bactéries des contaminations alimentaires et les bactéries utilisées dans l’industrie pour la synthèse d’antibiotiques, de vitamines, d’acides aminés, etc. 1 Les différents types trophiques sont résumés dans le tableau ci-dessous. Classe du besoin Source d'énergie Nature du besoin Type trophique Rayonnement lumineux Phototrophe Oxydation de composés Chimiotrophe organiques ou inorganiques Minéral Lithotrophe Organique Organotrophe Composé minéral Autotrophe Composé organique Hétérotrophe Non nécessaires Prototrophe Nécessaires Auxotrophe Donneur d'électrons Source de carbone Facteurs de croissance 2. Eléments indispensables à la croissance : 2.1.Source de carbone : Tous les organismes vivants ont besoin de carbone. Certaines bactéries sont capables de se développer en milieu inorganique contenant le CO2 comme seule source de carbone. Ce sont les bactéries autotrophes. C’est le cas des bactéries phototrophes et la plupart des chimiotrophes. Les autres exigent au contraire des composés organiques pour se reproduire et sont nommés hétérotrophes. 2.2. Source d’azote : Les bactéries ont besoin de substances azotées pour synthétiser leur protéines. Quelques bactéries seulement sont capables de fixer l’azote moléculaire (cas des Rhizobium). D’autres composés inorganiques peuvent être utilisés : les nitrates, les nitrites, l’ammoniac, etc. La source d’azote peut enfin être organique. 2.3. Soufre et phosphore : Ils tiennent une place de choix parmi les constituants minéraux de la cellule bactérienne. Le soufre est présent dans certains acides aminés et donc dans les protéines. Le phosphore fait principalement partie des acides nucléiques, de l’ATP et de nombreux coenzymes. 3. Autres éléments : Sodium, potassium, magnésium et chlore jouent un rôle dans l’équilibre physicochimique de la cellule. D’autres beaucoup plus nombreux sont partie constituante d’enzymes ou de coenzymes tel que le fer des cytochromes. Le calcium, le magnésium, etc. jouent un rôle d’activateurs d’enzymes. 4. Facteurs de croissance : Les facteurs de croissance regroupent trois catégories de substances : 4.1.Les acides aminés synthèse des protéines 4.2. Les bases puriques et pyrimidiques synthèse des acides nucléiques 2 4.3. Les vitamines coenzymes ou précurseurs de coenzymes (exemple : Nicotinamide NAD, transporteur d’électrons) On classe les bactéries en deux catégories : A. Les prototrophes : ne nécessitent pas un apport de facteurs de croissance dans le milieu de culture. Les éléments habituels déjà cités leur suffisent ; B. Les auxotrophes : exigent un ou plusieurs facteurs de croissance dans le milieu. Exemple : dans un milieu contenant une source de carbone comme le glucose, une source d’azote et des sels minéraux, Escherichia coli se développe normalement. Proteus vulgaris, de la même famille qu’E. coli en est totalement incapable à moins que l’on ajoute à ce milieu une faible quantité de Nicotinamide (vitamine). . Paramètres physico-chimique nécessaires à la croissance bactérienne En plus de donner aux bactéries les nutriments dont elles ont besoins, il faut aussi leur apporter les conditions physico-chimiques qui vont permettre le maximum de croissance. . Influence de la température : Les mécanismes de croissance dépendent des réactions chimiques qui ont lieu dans la cellule. Les vitesses de réactions sont influencées par la température. Cette dernière va donc avoir une profonde influence sur le développement des bactéries. Chaque espèce bactérienne croît à des températures situées dans un intervalle déterminé. On distingue trois catégories de bactéries : • Bactéries psychrophiles (cryophiles) : Elles poussent de façon abondante à 0 °C avec un minimum à –10 °C, un optimum entre 15 et 20 °C. • Bactéries mésophiles : La température minimale voisine 10 °C et la température maximale 45 °C ; • Bactéries thermophiles : se développent à des températures élevées ; Variables suivant les espèces de 50 à 55 °C. C’est le cas des bactéries des sources thermales. La température minimale varie largement (25 à 45 °C). la température maximale atteint 60 à 70 °C, parfois même jusqu’à 90 °C. Influence des gaz atmosphériques : L’oxygène et le CO2 sont les principaux gaz qui affectent la multiplication des bactéries. Celle-ci réagissent différemment en présence d’oxygène moléculaire. On peut diviser les bactéries de la façon suivante : • Aérobies strictes : ne croissent qu’en présence d’oxygène ; • Anaérobies strictes : ne peuvent pas se multiplier en présence d’oxygène ; • Aérobies/anaérobies facultatives : peuvent croître en présence ou en absence d’oxygène ; • Microaérophiles : se développent mieux en présence d’une faible quantité d’oxygène. 3 Influence du pH : Certaines bactéries se développent à pH compris entre 6 et 8 : elles sont appelées bactéries neutrophiles (exemple : Escherichia coli), d’autres se développeront préférentiellement à pH alcalin (>8) et sont appelées bactéries alcalinophiles (exemple : Pseudomonas). Enfin, la croissance de certaines bactéries dites acidophiles est optimale à pH acide (<6) (exemple Pression osmotique La pression osmotique d'un milieu traduit la concentration totale des ions et molécules en solution dans ce milieu. Les bactéries halophiles nécessitent du sel (NaCl) pour leur croissance. La concentration peut varier de 1-6% les faiblement halophiles jusqu'à 15-30% les bactéries halophiles extrêmes (Halobacterium). Les bactéries halotolérantes acceptent des concentrations modérées de sels mais non obligatoires pour leur croissance (Ex. : Staphylococcus aureus). 4
