Chapitre 1 : Introduction à la microbiologie

Chapitre 1 : Introduction à
la microbiologie
La microbiologie est la science qui s’intéresse aux êtres vivants dont la taille est de l’ordre du
micromètre. Le monde microbien regroupe des espèces appartenant aux trois règnes du
vivant : bactéries, archées, eucaryotes. Ces espèces présentent une grande diversité de
formes, de fonctions et d’origines évolutives. Dans ce premier cours, nous allons découvrir
les caractéristiques générales des micro-organismes de chacun des trois règnes du vivant.

Fig. 1 : L’arbre évolutif des trois règnes du vivant.
Au centre, « Luca » (Last universal common ancestor) désigne le dernier ancêtre commun
des 3 règnes du vivant. Image sous licence Creative Commons, auteur « Spiridon Ion
Cepleanu ».
I. Les bactéries
1. Caractéristiques
Les bactéries sont des êtres vivants unicellulaires. Avec les archées, elles forment le
domaine des procaryotes, les êtres vivants sans noyau.
Le monde bactérien est extrêmement diversifié. D’apparence simple, les bactéries
semblent être les êtres vivants les moins évolués des trois règnes. Il s’agit en fait moins de
simplicité que d’une spécialisation vers la cellule la plus optimisée et efficace possible. Les
bactéries ont eu autant de temps que les autres êtres vivants pour évoluer et ont mis ce
temps à profit en se propageant et en se diversifiant. Leur stratégie évolutive est basée sur
l’efficacité de cellules indépendantes plutôt que la multicellularité.
Présentes dans presque tous les environnements terrestres, certaines bactéries
peuvent survivre à des conditions extrêmes de chaleur, d’humidité, de profondeur ou même
de radioactivité, qui témoignent de leur extrême capacité d’adaptation. Néanmoins, dans la
plupart des cas, les conditions optimales de croissance des bactéries se situent
généralement dans des conditions moyennes de température, d’oxygène, de pression, et
avec un taux d’humidité de préférence assez élevé.
Certaines espèces sont capables de se déplacer activement en direction des sources
de nutriments, on parle de chemotaxie. Les bactéries sont souvent les premières à coloniser
un milieu riche en nutriments, et tentent de s’approprier ceux-ci en se multipliant le plus
rapidement possible. Les bactéries acquièrent les nutriments par diffusion passive à travers
leur paroi cellulaire. Leur métabolisme peut être basé sur la fermentation ou la respiration.

2. Intérêts
Les bactéries représentent à elles seules plus de la moitié de la biomasse terrestre et
jouent un rôle primordial dans certains cycles biologiques qui concernent l’ensemble du
monde vivant, comme le cycle de l’azote, du carbone ou de l’hydrogène.
Les bactéries peuvent vivre sous forme libre, ou associées avec d’autres espèces
supérieures dans des relations de parasitisme ou de symbiose. Certaines bactéries causent
des maladies infectieuses, on parle de bactéries pathogènes. D’autres vivent en symbiose
avec nous, on parle de flore ou de microbiome, composées de bactéries symbiotiques.
Certaines bactéries symbiotiques peuvent devenir pathogènes lorsque le système
immunitaire est affaibli ; on parle de bactéries opportunistes.
Les bactéries jouent également un rôle important pour la recherche et l’industrie, où leurs
utilisations sont nombreuses et variées.
II. Les eucaryotes
1. Caractéristiques
Le règne des eucaryotes regroupe tous les êtres vivants dont les cellules possèdent
un noyau. Les eucaryotes peuvent être pluricellulaires (plantes, champignons, animaux) ou
unicellulaires (protistes).
Les eucaryotes se distinguent des procaryotes (archées, bactéries) par la présence
d’un noyau qui contient le matériel génétique. Les cellules eucaryotes présentent également
plusieurs organites (ou organelles), des structures présentes dans le cytoplasme, délimitées
par une membrane plasmique et capables de remplir plusieurs fonctions très spécialisées :
- Réticulum endoplasmique : assemblage et synthèse des protéines non
cytoplasmiques
- Appareil de Golgi : synthèse des produits sécrétés par la cellule

- Les vésicules de digestion (peroxysome, lysosomes, endosome) : Recyclage des
protéines, de la membrane et des autres organites
- La mitochondrie : création d’énergie (sous forme d’ATP)
L’un des organites les plus intéressants des eucaryotes est la mitochondrie. Cette
structure est responsable de la conversion des sucres et de l’oxygène de la cellule eucaryote
en ATP, une molécule de stockage d’énergie, selon un processus que l’on appelle la
respiration cellulaire. Les mitochondries possèdent leur propre ADN et se divisent
indépendamment de la cellule eucaryote qui les contient. Elles sont recouvertes d’une
double membrane plasmique ; la première est semblable à une membrane eucaryote mais la
seconde est semblable à une membrane bactérienne. Cette observation a conduit au
développement de la théorie endosymbiotique (Fig.2). Selon cette théorie, l’ancêtre
commun des eucaryotes serait une cellule primitive proche des archées, qui aurait
phagocyté une bactérie et aurait entamé avec elle une relation symbiotique qui a perduré
jusqu’à aujourd’hui. Cette théorie a été validée il y a quelques années par le développement
des techniques d’analyse génétique, qui ont montré que l’ADN mitochondrial est proche de
celui des bactéries, et que certains mécanismes basiques des eucaryotes sont d’origine
archéale.
Fig. 2 : Principe de la théorie endosymbiotique.
La phagocytose de la bactérie primitive expliquerait la présence d’une double membrane
autour de la mitochondrie chez les eucaryotes.
A l’opposé des bactéries et des archées, les eucaryotes possèdent plusieurs chromosomes,
linéaires et présents chacun en deux copies. On dit qu’ils sont diploïdes. Les eucaryotes sont

aussi les seuls capables de reproduction sexuée. Ce mode de reproduction assure un
brassage génétique à chaque nouvelle génération, ce qui permet une diversification
génétique nécessaire à l’adaptation des espèces, et donc leur survie.
Les protistes (eucaryotes unicellulaires) forment un groupe très hétérogène. Ils
mesurent en moyenne une centaine de micromètres, ce qui est supérieur à la taille moyenne
des bactéries et des archées mais toujours inférieur au millimètre ; leur étude tombe donc
dans le champ de la microbiologie. On distingue trois types de protistes :
- les champignons unicellulaires ou levures.
- les algues unicellulaires, qui pratiquent la photosynthèse.
- les protozoaires, qui se nourrissent par phagocytose.
2. Intérêts
Les levures présentent un intérêt particulièrement important dans le domaine
industriel, et agro-alimentaire en particulier. Elles sont par exemple utilisées pour la
production de vin, de fromage, de produits laitiers et d’alcool.
Les algues unicellulaires jouent un rôle primordial dans les écosystèmes marins, où
elles sont à la base de la chaîne alimentaire du zooplancton. Elles sont également
responsables de l’oxygénation de l’air qui a rendu la vie terrestre possible.
Les protozoaires jouent un rôle dans la chaîne alimentaire, puisqu’ils se nourrissent de
bactéries et sont à leur tour mangés par des organismes pluricellulaires. Certains
protozoaires sont également pathogènes (maladie du sommeil, malaria, amibe mangeuse de
cerveau, douve du foie…). On utilise généralement le terme de parasite pour désigner les
protozoaires pathogènes.
III. Les archées
1. Caractéristiques