Croissance bactérienne Croissance Bactérienne Fission Binaire
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2016-09-23 Croissance bactérienne 1 Croissance Bactérienne • Augmentation du nombre de cellules • La bactérie se reproduit par fission binaire – (12, 24….2n) • Les mesures de la croissance représentent des suivis des changements dans le nombre total de cellules ou de la masse des cellules 2 Fission Binaire • Reproduction asexuée – Réplication d’ADN élongation cellulaire formation du septum septum complété et formation de la paroi séparation cellulaire et formation de cellules filles • La quantité de toutes les molécules double : protéines, ADN, ARN, lipides pour les membranes, matériaux de la paroi, etc. • Tout est distribué de façon quasi égale 3 1 2016-09-23 ADN Réplication ADN Élongation cellulaire Un doublement Formation du septum Formation du septum complété et synthèse de la paroi Séparation des cellules 4 Paramètres de Croissance • Génération: 1 cellule → 2 cellules – La population double • Temps de génération (g): – Le temps requis pour une division cellulaire – g = temps/n (n: nombre de générations) • Taux de croissance (µ): – Changement du nombre de cellules ou de la masse cellulaire/temps 5 Croissance en Culture Discontinue (Batch) • Système FERMÉ – Aucun ajout de nouveaux nutriments – Pas d’élimination des déchets – Les cellules ne sont pas retirées • Ex. Production de yogourt, fermentation de la bière, infection sanguine • La densité cellulaire augmente jusqu’à ce que quelque chose devienne limitant 6 2 2016-09-23 Profil de Croissance en Culture Discontinue Exponentielle Stationnaire Mortalité Log10 du nombre de cellules Latence Inoculation (Temps = 0) Temps 7 Phase de Latence ou d’Adaptation • Aucune augmentation dans le nombre ou la masse de cellules • Synthèses de composantes requises pour la croissance dans un milieu donné – Adaptation métabolique 8 Phase Exponentielle • Développement et division cellulaire à vitesse maximale • Le nombre et la masse cellulaire doublent à des intervalles réguliers • Population en équilibre physiologique et biochimique • Le nombre et la masse de cellules augmente par un facteur exponentiel (2n) – n = nombre de division ou de générations 9 3 2016-09-23 Division Exponentielle 1er doublement 2e doublement 3e doublement 4e doublement Nb final de cellules (N) = nombre initial de cellules (N0) X (2n) n = nombre de doublements 10 Division Exponentielle Temps Nombre de (h) générations (n) Nombre de cellules (N) Temps (h) Nombre de générations (n) Nombre de cellules (N) 0 0 1 (20) 4.5 9 512 (29) 0.5 1 2 (21) 5 10 1024 (210) 1 2 4 (22) 5.5 11 2048 (211) 1.5 3 8 (23) 6 12 4096 (212) 2 4 16 (24) 6.5 13 8192 (213) 2.5 5 32 (25) 7 14 16384 (214) 32768 (215) 3 6 64 (26) 7.5 15 3.5 7 128 (27) 8 16 65536 (216) 4 8 256 (28) 8.5 17 131072 (217) 11 Tracer la Croissance Bactérienne Tracé Arithmétique Tracé Logarithmique 140000 1000000 100000 Nombre de cellules Nombre de cellules 120000 100000 80000 60000 40000 10000 1000 100 10 20000 0 1 0 2 4 6 Temps (h) 8 10 0 2 4 6 8 10 Temps (h) 12 4 2016-09-23 Paramètres de Croissance à partir d’un Graphique Tous les paramètres de croissance doivent être déterminés à partir de la phase logarithmique! Dans ce cas-ci, entre 40-190 min. 13 Lecture d’une échelle logarithmique 1 23456 78 106 9 Quelle est cette valeur? 107 108 109 14 Calculs de Croissance • Si vous commencez avec 1 cellule, combien en aurez-vous après 4 générations? – No= Nombre initial de cellules – N = Nombre de cellules après n générations – n = nombre de générations • Formule : N= No(2n) • N = 1 (24) = 16 cellules • Combien en auriez-vous si vous commenciez avec 100 cellules? • Combien en auriez-vous si vous commenciez avec 100 cellules pour 5 générations? 15 5 2016-09-23 Calculs de Croissance • E. coli a un temps de génération de 20 minutes. Si vous commencez avec 1 cellule d’E. coli combien en aurez-vous après 2 heures? – g=temps de génération et t=temps – Formule: n=t/g – n=(2 heures x 60minutes/heure)/20 minutes= 6 • N= No(2n) • N=1(26)=64 cellules • Après 5 heures? 16 Calcul du Temps de Génération • Vous commencez avec 2 cellules et finissez avec 2,000 cellules après 2 h. – Combien de générations se sont écoulées? – Quel est le temps de génération? • Formule : n=3.3(logN-logNo) • Donc n=3.3(log (2000)– log (2)) = 9.9 générations • Formule : g=t/n • g=120 minutes/9.9 générations = 12.12 minutes/g 17 Déterminer le Temps de Génération Méthode 1: • Choisir deux points qui représentent un doublement du nombre de cellules • Ex. 10 et 20 • Déterminer l’écart de temps g Méthode 2: • Choisir n’importe quel deuxpoints et déterminer les coordonnés. (Nombre de cellule et temps) • Calculer n pour l’écart de temps • Calculer g: Δt/n 18 6 2016-09-23 Le Taux de Croissance - µ • La croissance en fonction du temps: Cellules/ml Pente: 0.05 Population double en 6h Cellules/ml Pente: 0.15 Population double en 2h – Plus le temps de génération est court, plus la croissance est rapide – Plus la croissance est rapide, plus la pente est abrupte – g=6 heures; pente 0.05 – g=2 heures; pente 0.15 Temps (h) 19 Calcul de µ • Après 4 h de croissance une culture d’E.coli passe de 100 cellules à 6.6 X 106 cellules – Quel est le taux de croissance sous ces conditions? • Formule: µ = ( (log10 N - log10 N0) 2.303) / (t - t0) • Donc µ = (log 6.6 X 106 – log 100) 2.303/ 4 = 2.8 cell./h – Quel est le temps de génération? • Formule: µ = ln2/g ou g = ln2/µ • Donc g = 0.69/2.8 = 0.25h ou 15 minutes 20 Revue des paramètres de la phase log • Temps de génération: g – Temps requis pour que le nombre de cellules double • g = Δt/n • Nombre de division : n – Nombre de fois le nombre de cellules double • N = No (2n) • Taux de croissance: µ – Taux auquel le nombre de cellules change en fonction du temps • µ = ln2/g 21 7 2016-09-23 Constante du Taux de Croissance (K) • K= Nombre de générations par unité de temps durant la croissance exponentielle – Unité de temps: h-1 • K= n/t – n = nombre de générations – t = nombre d’heures 22 Phase Stationnaire • Arrêt de la croissance cellulaire • Population n’est plus en équilibre • Arrêt en raison d’un manque de nutriments, d’oxygène ou à une accumulation excessive de déchets, etc. • Représente le rendement de croissance maximal sous les conditions données – Yg : Masse de microorganismes formés/Masse (g) de substrat consommé – Ym: Masse de microorganismes formés/mole de substrat consommé 23 Phase de Mortalité • Perte de viabilité exponentielle en raison d’un manque de nutriments ou d’une exposition prolongée à des déchets • Pas nécessairement une perte de masse 24 8 2016-09-23 Biofilms C’est quoi les Biofilms? • En nature plus de 90% des toutes les bactéries vivent dans des biofilms • Les biofilms sont des collections de microorganismes qui se forment sur des surfaces solides • Ex. La plaque dentaire et plaque et la pellicule visqueuse qui se forme sur les surfaces dans les zones aquatiques Problèmes Causés par les Biofilms • Ont tendance à boucher les tuyaux et les filtres à eau • Peut causer de nombreuses maladies, y compris de nombreuses maladies communes dans les hôpitaux • Très résistants aux antibiotiques • Peut se former presque partout où il y a de l'eau, y compris des cathéters, des comptoirs de cuisine, etc. 9 2016-09-23 Formation des Biofilms • Se forme dans des endroits qui ont accès à l'eau • Se fixe aux surfaces solides par plusieurs moyens: • Fimbriae • Parois cellulaires hydrophobes • Polymères collants Altruisme Parmi les Microorganismes • Les biofilms sont comme de petites villes • Avoir beaucoup de voisins très proches qui restent ensemble pendant de longues périodes de temps • Les biofilms encouragent l'altruisme • Les bactéries sacrifient leur taux de croissance maximum afin d’utiliser les ressources communautaires plus efficacement • Bien que les individus sont désavantagés, la communauté dans son ensemble bénéficie Fermentation par la Levure 10 2016-09-23 Fermentation en Société • Le procédé de la fermentation est essentiel pour… – Production de carburant d'éthanol – Fabrication du pain (la levure fait lever le pain) – Boissons alcoolisées Pourquoi la Fermentation? • Fermentation: Métabolisme énergétique cellulaire fait en absence d’oxygène (anaérobie) • Les levures sont souvent utilisées comme fermenteurs • Elles consomment des sucres pour la libération d'énergie et des sous-produits tels que l'éthanol et du dioxyde de carbone • La fermentation industrielle est le procédé par lequel l'éthanol est créé à partir de matières végétales renouvelables Composantes de la Fermentation • La fermentation comporte ... – Substrats - habituellement un sucre – Produit - la substance créée (éthanol) • La fermentation nécessite un organisme qui peut utiliser des substrats en absence d'oxygène – La levure (Saccharomyces) est souvent l'organisme de choix 11 2016-09-23 Convertir le Glucose en Éthanol • Glycolyse: – – – – Plus commun des sentiers glycolytiques Oxydation partielle du glucose au pyruvate Production nette de 2 ATP 2 NAD sont réduits au NADH Chacune de ces étapes procède deux fois pour chaque molécule de glucose 34 Fermentation - Éthanolique • Capteur d’électron organique - Acétaldéhyde • Régénération de NAD + 35 12
