Nutrition et Croissance des Microorganismes

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MICROBIOLOGIE GÉNÉRALE
CHAPITRE II : NUTRITION ET CROISSANCE DES MICROORGANISMES
Les procaryotes peuvent se nourrir de sucre. Certains n’ont besoin que d’une seule source de carbone, d’autres peuvent en
manger des centaines.
4 grands groupes :
- Photoautotrophes : utilisent lumière et CO
2
- Photohétérotrophes : utilisent lumière et composés organiques
- Chimioautotrophes : utilisent des composés chimiques et du CO
2
- Chimiohétérotrophes : utilisent des composés chimiques et des composés carbonés.
I – CULTURE AU LABORATOIRE
L’environnement étant très différent de son milieu naturel, on va donc mimer son habitat. Une bactérie est composée de 80 à
90 % d’eau, et contient beaucoup de C, N, O et H. On trouve aussi du P pour l’ATP et du S, ainsi que des cations et quelques
métaux.
 Besoin nutritifs de la bactérie
o Macroéléments
- Carbone : CO
2
(autotrophes), sucres, puis selon les enzymes de la cellulose, des protéines ou des lipides.
- Azote : N
2
pour les fixatrices d’azote sinon (NH
4
+
)
2
SO
4
- Phosphore : Tampon (PO
4
2-
)
- Cations : via des sels (NaCl, KCl, MgCl
2
)
o Microéléments (Mn, Zn, Cu, Co, Ni, Mo)
Viennent de la verrerie ou des sels. Ils sont nécessaires et suffisants en cas de prototrophie.
o Facteurs de croissance
Nécessaire en cas d’auxotrophie, c'est-à-dire pas de croissance car il manque un élément pour lequel la bactérie est auxotrophe.
- Vitamines : B le plus souvent
- Bases puriques ou pyrimidiques
- Acides Aminés
 Les différents milieux de culture
- Milieux minimums : pour les peu exigeants, on connait tout ce qu’il y a dedans (plus carbone si hétérotrophie).
- Milieux riches : pour les auxotrophes multiples. On ne connait ni la nature ni la concentration, c’est un gros
bouillon. Les éléments y sont issus de peptones (hydrolysat protéolytique de protéines) ou de tryptones (hydrolysat
trypsique de protéines).
On rajoute ensuite un extrait de bœuf, pour ses acides aminés, vitamines, etc. ou bien un extrait de levure (carbone, azote,
vitamine B) et parfois du sang/sérum.
Solidification à l’Agar puis Stérilisation par autoclave (ou filtration sur le milieu contient du sucre).
Les milieux eux-mêmes peuvent être de différents types : sélectif pour identifier un type particulier de bactérie, par exemple le
milieu Mc Conkey, pour identifier les gram
-
ou les milieux cellulosiques pour identifier les cellulose
+
, différentiels avec de la
gélose au sang par exemple pour les bactéries hémolytiques, de conservation pour garder un germe (ajout de glycérol 
cryoprotection, ou industriel c'est-à-dire avec des éléments à moindre frais (glucose  mélasse).
 Obtention d’une culture pure
I.e. culture issue d’une même souche, sachant que 1 bactérie = 1 UFC = 1 colonie, on applique la méthode des stries.

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II – ENTRÉE DES NUTRIMENTS DANS LA CELLULE BACTÉRIENNE
Membrane très sélective
o Diffusion libre : eau, certains alcools, et acides gras.
o Transport passif : se fait selon le gradient, sans énergie
- Diffusion passive : sans implication de protéines
- Diffusion facilitée : via un canal (uniport)  perméases
o Transport actif : contre le gradient, nécessite de l’énergie
- Système ABC utilisant de l’ATP, une combinaison de 3 blocs : la protéine affine du substrat (libre chez gram
-
,
ancrée chez gram
+
), la perméase enchâssée dans la bicouche, et une ATPase, hydrolysant l’ATP en ADP + Pi + ε
- Force protomotrice : utilise le gradient de proton construit par le transport d’électrons. Peut être directe
(symport H
+
/Sucre, antiport H
+
/Na
+
) ou indirecte (gradient électrochimique, ou gradient de Na
+
du à l’antiport
H
+
/Na
+
- dans ce cas, c’est le sodium qui fait marcher le système par son gradient). Un soluté peut
correspondre à une seule ou plusieurs entrées.
o Translocation de groupe PTS : Pour le sucre uniquement, utilise le PEP pour phosphoryler le sucre. Ca passe par un
complexe, ou le PEP donne un Phosphate à la protéine soluble EI, qui le donne à l’HPr, transmettant lui-même sur l’EIII
puis sur une perméase, l’EII. Le sucre entre en prenant le P.
o Transport du fer (sidérophores) : Le Fer étant insoluble et intransportable, il y a production de sidérophores, chélateurs
du fer, qui le solubilisent et lui permettent de passer à travers un transport membranaire.
III – CROISSANCE DES MICROORGANISMES
On peut l’étudier via deux modèles : discontinu (batch) ou continu.
 Mesure de la croissance
Plusieurs méthodes :
o Mesure du nombre de bactéries
- Titration : nb bactéries/mL obtenu après étalement sur boite puis dilution sérielle jusqu’à environ 10
-7
. On
calcule ensuite avec les 3 dernières boîtes.
- Comptage direct : se fait dans des chambres de Petroff-Hausser, on compte le nb bactéries / grille. Prends en
compte morts et vivants.
- Comptage électronique : la suspension passe dans un conduit avec laser. On compte les interruptions du laser.
o Mesure de la masse cellulaire
Peut se faire par poids sec ou poids frais, utilisé pour les mycètes. On place un gros volume à la centrifugation, on jette le
surnageant, et on fait poids total – poids culot = poids frais. Après séchage on observe un poids sec. On peut aussi utiliser la DO.
o Mesure de l’allongement du mycélium
o Mesure indirecte par dosage d’ATP, des enzymes, etc.…
 Culture discontinue (batch)
Il y a 4 paramètres cinétiques de la croissance :
- Temps de génération g =
- Taux de croissance µ =
- Nombre de génération n
- Biomasse M = masse de microorganismes formés / L
Ils sont pris en fonction d’un tas de facteur.
Nombre de bactéries = 2
n
pour une bactérie, X
0
.2
n
pour X
0
bactéries. Avec X
t
nombre de bactérie au temps t, on a :

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= 
Soit Log( ) = Log(X
0
) + µt  Log(2)
Avec une courbe de croissance on va observer 6 phases, les deux premières constituant les phases d’adaptations, qui dépendent
de l’âge et du métabolisme :
- Latence : Il ne se passe rien
- Accélération : µ augmente mais reste stable
- Exponentielle : µ = µ
max
- Ralentissement : source de C ou ε diminue, ou déchets toxiques produits
- Stationnaire : pas de croissance, mais cellules vivantes par mécanisme de survie
- Déclin : pas chez tous. Correspond à la mort avec µ < 0
M = m
stationnaire
– 
La biomasse est en relation directe avec la concentration en substrat. On a Y = avec Y = rendement de la croissance.
On peut aussi avoir un cas de diauxie, utilisation de deux sucres dans le temps, avec une phase d’adaptation au milieu.
 Culture continue
On apporte continuellement à manger et on élimine continuellement les déchets, afin de maintenir la biomasse et la phase
exponentielle.
On utilise pour ça deux appareillages différents :
o Chemostat : un élément nutritif est limitant afin d’empêcher le feedback catabolique.  
o Turbidostat : il n’y a pas de nutriment limitant, on fait varier la vitesse de dilution pour mesurer une certaine densité.
Utilisée en microbiologie industrielle.
 Influence de l’environnement
o Pression osmotique
• Osmotolérants = vont rejeter le sel à l’extérieur (non-halophile)
• Halophile = le sel reste dedans
L’allongement de la bactérie nécessite une pression de turgescence due à la pression osmotique. En cas de choc osmotique, il y
a déshydratation, perte de la pression et plus de croissance.
Si la bactérie est osmotolérante, elle survivra en faisant rerenter l’eau, en accumulant son co-transport, le K
+
. A terme, celle-ci
devient malheureusement basique : il y a accumulation de solutés compatibles.
o pH
• Acidophile : pH 1 – 5.5 (mycètes, algues)
• Neutrophile : pH 5.5 – 8 (bactéries)
• Alcalophile : pH 8.5 – 11.5
• Alcalophile extrême : pH > 10
o Température
• Psychrophile (0 – 30°, optimum 15°)
• Mésophile (15 – 45°, optimum 30°)
• Thermophile (45 – 100°, optimum 60°)
o Oxygène
- Aérobie obligatoire : O
2
accepteur final de la chaîne d’électrons  nécessitent de l’O
2

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- Microaérobie : [O
2
] 2 à 10 %  nécessitent un peu d’oxygène
- Anaérobie aérotolérant : aucune importance
- Anaérobie facultative : C’est mieux avec, mais pousse sans
- Anaérobie stricte : L’O
2
est létal
Enzyme détoxifiant l’O
2
: Catalase du peroxyde d’hydrogène en 2H
2
O + O
2
, superoxyde dismutase 2O
2
-
+ 2H
+
 H
2
O
2
+ H
2
o Pression
- Barotolérantes : elles aiment bien la pression osmotique
- Barophile : 400 – 500 atm voire 1100 !