les micro-organismes

Le p int sur…
Sciences
Les micro-organismes
dominent-ils le monde ?
Gilles Macagno
Le p int sur…
Sciences
Les micro-organismes
dominent-ils le monde ?
Gilles Macagno
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Mise en page : Nord Compo
Dessins de Gilles Macagno
© De Boeck Supérieur s.a., 2012
rue des Minimes 39, B-1000 Bruxelles
1re édition
Tous droits réservés pour tous pays.
Il est interdit, sauf accord préalable et écrit de l’éditeur, de reproduire (notamment par photocopie)
partiellement ou totalement le présent ouvrage, de le stocker dans une banque de données ou de le
communiquer au public, sous quelque forme et de quelque manière que ce soit.
Imprimé en Belgique
Dépôt légal :
Bibliothèque nationale, Paris : novembre 2012
Bibliothèque royale de Belgique, Bruxelles : 2012/0074/032
ISSN 2032-7536
ISBN 978-2-8041-6897-1
INTRODUCTION
Les conférences illustrées de diaporama permettent souvent de fixer, dans l’esprit,
des images. Une de ces images m’est restée : une photo au fond noir, parsemée de
points verts plus ou moins gros, plus ou moins lumineux. Le conférencier, le biologiste Patrick Forterre, expliquait que ces points représentaient les micro-organismes
de l’eau de mer, les gros étant des bactéries et les plus petits, des virus.
Ce qui frappait, c’était la similitude de l’image avec un ciel constellé d’étoiles,
où l’on distingue quelques étoiles très brillantes au milieu d’une myriade d’autres.
La comparaison s’arrête là : le monde des micro-organismes est comme une nouvelle galaxie à explorer.
En professant les sciences auprès des jeunes générations, j’explique, quand le
programme m’en laisse l’occasion, que les bactéries sont partout, qu’elles sont
installées par millions sur tous les objets qui nous entourent. Et mon auditoire de
se regarder les mains avec un air de dégoût. C’est que les micro-organismes ont
mauvaise presse.
Pourtant, quand on explique le monde vivant, qu’on en décrit le fonctionnement, on ne cesse, souvent sans le vouloir, d’évoquer les micro-organismes :
ceux qui recyclent, ceux qui fermentent, ceux qui parasitent. Ils sont partout et
ils agissent sur tout. Les spécialistes qui, dès qu’ils les cherchent, n’arrêtent plus
d’en trouver de nouveaux, sont eux-mêmes subjugués par leur nombre et leur
diversité.
Pourtant, on les connaît très mal. C’est seulement depuis peu que des programmes internationaux ont enfin été engagés dans cette exploration du monde
microbien qui sera certainement plus fructueuse que celle du monde martien !
En faisant ce livre, je propose au lecteur peu familier avec les sujets pointus de
la biologie, de faire mieux connaissance avec ces micro-terriens de percevoir la
place, énorme, qu’ils occupent dans la biosphère, le rôle, primordial, qu’ils ont eu
au cours de l’évolution, l’importance, vitale, qu’ils ont dans notre propre fonctionnement, comme dans celui de tous les autres organismes.
CHAPITRE 1
HISTOIRE D’UNE DÉCOUVERTE
S MMAIRE
1 L’idée de micro-organisme
2 L’invention de la microbiologie
Dans la haute antiquité on utilisait déjà les services des microbes, des levures en
particulier, pour produire de la bière (à Babylone, – 6000 av. J.-C.), du pain (Égypte,
– 4000 av. J.-C.) ou du vin. Les « ferments » que ces peuples antiques pouvaient
ajouter à leurs préparations abritaient de nombreux micro-organismes. Mais qui
s’en doutait ? Probablement personne.
1 L’IDÉE DE MICRO-ORGANISME
Pour expliquer telle maladie ou telle épidémie, on invoquait en général une cause
divine, comportementale ou environnementale. Ainsi, les égyptiens craignaient-ils
les excès alimentaires, les vents, les ordures et les vers. La Grèce ancienne invoquait
les disputes entre les dieux pour expliquer les épidémies. Cette origine divine fut
réfutée par Hippocrate. Pour lui et ses disciples, la cause de la maladie est à chercher dans l’environnement, notamment dans les vents. Le vent sec du nord entraînerait un afflux de bile, tandis que le vent chaud et humide du sud provoquerait
une surproduction de phlegme, toutes deux étant considérées, dans la médecine
ancienne, comme des humeurs néfastes lorsqu’elles sont présentes en excès dans
le corps.
Les naturalistes grecs, Aristote en particulier, envisageaient la notion de génération spontanée pour expliquer les grouillements d’animaux observés dans la vase
ou dans le cœur des cadavres en putréfaction. Mais il ne semble pas qu’ils aient
imaginé, à cette époque, un monde vivant invisible à l’œil nu.
Aristote aurait toutefois envisagé que les maladies pussent être contagieuses
par transmission de « germes » invisibles.
6
HISTOIRE D’UNE DÉCOUVERTE
Mais voici ce qu’écrivit Lucrèce, en 55 av. J.-C. (De la nature, livre VI) :
« Maintenant, quelle est la cause des maladies et d’où naît soudain cette force
malsaine qui sème ses ravages parmi les hommes et les troupeaux ? Je vais le dire.
D’abord il existe des germes multiples, je l’ai déjà enseigné, qui sont créateurs de
vie ; mais il en est d’autres en grand nombre dans l’air qui sont porteurs de maladie et de mort. Lorsque le hasard a rassemblé ces derniers et en a infesté le ciel,
l’air devient malsain. Et toutes ces maladies, toutes ces épidémies nous arrivent de
climats étrangers, comme les nuages et les brouillards à travers le ciel, ou bien elles
montent de la terre elle-même, lorsque le sol humide se putréfie par l’alternance
de pluies insolites et d’excessives chaleurs. »
Il avait l’intuition, ne lui manquait plus qu’un moyen de voir ces germes.
Au Moyen Âge, en Europe, on ne s’éloigna guère des théories antiques. En
Chine, par contre, on entrevit très tôt des causes « biologiques » à certaines maladies : le médecin Ge Hang (281-341) décrivit de nombreuses maladies infectieuses
et montra que la fièvre fluviale du Japon était provoquée par la piqûre d’un aoutât
(en fait, celui-ci transmet une bactérie provoquant la fièvre).
Il est possible que les Chinois pratiquassent très tôt, vers le XVIe siècle la « variolisation », qui consistait à inoculer par une petite plaie ou les narines le contenu
d’une vésicule variolique prélevé sur un malade. Si le micro-organisme injecté
n’était pas trop virulent, on pouvait espérer être immunisé.
Au tournant du millénaire, Avicenne (Abd Allāh ibn Sı̄nā, en fait), savant iranien,
s’intéressait à la médecine et au fonctionnement du corps. Il émit l’hypothèse que
la peste pouvait être transmise par les rats. Mais surtout, il supposait que l’eau
ou l’air pouvaient contenir de minuscules organismes pouvant être à l’origine de
maladies.
Trois siècles plus tard, Ibn-al-Khatib, philosophe andalou, confronté à une épidémie de peste, préconisa l’isolement des malades et la destruction de leurs vêtements.
Il pressentait donc la présence de vecteurs contagieux dont il fallait se préserver.
C’est au début du XVIe siècle qu’on trouve dans des ouvrages européens cette
idée d’organismes vecteurs de maladie. Notamment sous la plume d’un médecin
poète de Vérone, Girolamo Fracastoro qui imagina la théorie des seminaria contigioni. Pour lui, ces « semences contagieuses » sont si petites qu’on ne peut les voir.
Elles peuvent ainsi facilement passer d’un individu à l’autre par contact direct, par
l’air ou par les humeurs – il étudia de près la syphilis (surnommé mal de Naples ou
vérole française, selon le côté des Alpes où l’on se trouve) qui faisait des ravages à
l’époque. D’après lui, lorsqu’elles pénètrent dans le corps, les seminaria se multiplient et envahissent un organe.
L’INVENTION DE LA MICROBIOLOGIE
« Il faut toujours se souvenir que le plus important est de combattre le germe et
de s’opposer à la contagion », disait-il, ce qui montre qu’il avait très bien compris
les principes de la maladie infectieuse.
Il tenta bien de prouver ses dires par l’observation, malheureusement les
moyens optiques de son époque étaient trop rudimentaires pour qu’il puisse observer la moindre seminaria contigioni.
2 L’INVENTION DE LA MICROBIOLOGIE
Les organismes trop minuscules pour être observés à l’œil nu ne pouvaient être
étudiés qu’avec un appareil capable de les grossir suffisamment : le microscope.
C’est dans les ruines de Ninive, en Irak, que l’on a découvert la plus vieille lentille grossissante connue, faite d’un cristal de quartz soigneusement poli (750 ans
av. J.-C.). Les Grecs et les Égyptiens en fabriquaient aussi. Les Romains, quant à eux,
utilisaient des sphères remplies d’eau pour allumer des feux (verres ardents). On peut
imaginer qu’ils connaissaient l’effet grossissant de ces lentilles.
Il faut pourtant attendre le XIIIe siècle européen pour voir mention des premières
véritables lunettes correctrices, portant témoignage d’une maîtrise de l’utilisation
des lentilles. Mais ce n’est qu’à la fin du XVIe, voire au début de XVIIe siècle que l’on
peut parler de véritables microscopes.
Parmi les inventeurs potentiels, on cite les lunetiers hollandais Jansen père et
fils. Ce dernier, Zaccharias, semble s’être attribué l’invention d’un microscope
composé (un tube muni de plusieurs lentilles) daté de 1590. Problème, Zaccharias
n’avait que deux ans, cette année-là ! Son père peut-être ?
En 1609, Galilée, apprenant que des Hollandais avaient fabriqué des instruments
permettant de grossir les objets observés, se lança dans la fabrication – en mieux, dirat-il ! – de tels instruments. À la même époque, un autre hollandais, Cornélius Drebbel
exporte vers Londres un microscope dont on a retrouvé le dessin dans le journal
d’Isaac Beekman. Mais on n’en sait guère sur l’usage qu’on fit de cet instrument.
Galilée ne tira pas, non plus, de grands enseignements de ses observations
microscopiques – sans doute avait-il la tête ailleurs. Ce fut un membre de la première académie des sciences, l’académie du Lynx, à Rome, Francesco Stelluti, qui
appliqua le premier les découvertes de ses prédécesseurs à l’observation de l’infiniment petit. Il réalisa une série d’observations très précises sur les abeilles dont il tira
de belles gravures. La microbiologie était née.
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HISTOIRE D’UNE DÉCOUVERTE
Le premier dessin d’un microscope (Journal d’Isaac Beekman)
L’INVENTION DE LA MICROBIOLOGIE
2.1 Un nouveau monde
Cette science prit réellement son essor avec les travaux de deux personnages : un
Anglais, Robert Hooke, et un Néerlandais, Anton van Leeuwenhoek.
Robert Hooke est né en 1635 sur l’île de Wight. Vers l’âge de vingt ans, il entre à
Oxford et devient l’assistant d’un savant de l’époque. Il travaille sur des sujets aussi
variés que la physique (il élabore une loi sur l’élasticité, une théorie ondulatoire de
la lumière), l’astronomie, s’intéresse à la gravitation (et reprochera à Newton de lui
avoir volé ses idées), à la mécanique. Il construira un télescope à miroir et, c’est ce
qui nous intéresse ici, développera l’usage du microscope.
Il utilisait un microscope composé avec lequel il fit de nombreuses observations
sur les formes de la nature. Il en tira un bel ouvrage, en 1664 : Micrographia, dans
lequel il présente ses observations du « monde invisible ». Les superbes gravures
– dont une puce de 40 cm ! – valurent un franc succès au livre. Mais l’observation
la plus importante qu’il nous ait léguée est celle des cellules. Observant des tissus
végétaux, du liège et d’autres organes de plantes, il montra que ceux-ci étaient
toujours faits de structures cloisonnées qu’il nomma « cellules », en référence aux
cellules à miel des ruches (et non à celle des moines comme on le lit souvent).
La précision de ses observations, que suggèrent ses gravures, laisse pantois.
Le dessin de la puce n’a rien à envier aux meilleurs clichés de l’insecte, pris sous le
faisceau d’un microscope à balayage.
Puce par R. Hooke (Micrographia, 1664)
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HISTOIRE D’UNE DÉCOUVERTE
Pourtant, il ne semble pas avoir observé le grouillement de la vie microscopique
et fut un chercheur de forme, plutôt que de vie.
Les micro-organismes qu’il observe sont la moisissure, quelques acariens et les
anguillules, nématodes se développant dans le vinaigre.
Robert Hooke montra donc, grâce à ses observations microscopiques, que le
monde vivant, vu sous un angle rapproché, possède des formes et une organisation
d’une complexité insoupçonnée. Et bien sûr, il découvrit les « cellules ».
Le second des deux pionniers de la microscopie est Anton van Leeuwenhoek, né
à Delft en Hollande, en 1632. Fils d’artisan, il suivit, comme c’était d’usage, le chemin
paternel et devint drapier (il occupa d’autres fonctions par la suite). L’utilisation de
compte-fils dû l’inspirer puisqu’il se lança dans une exploration du monde minuscule
qui dura plus de cinquante ans.
Il fabriquait lui-même ses microscopes et devint maître dans l’art de polir des lentilles
biconcaves. Il utilisait des appareils
simples, constitué d’une seule len1
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tille presque sphérique. Enchâssée
dans une plaque métallique, elle
permettait des grossissements
importants (jusqu’à 300 fois).
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En 1674, il décrivit les globules
rouges. L’année suivante, il observa
des « animalcules » couverts de
cils, nageant rapidement dans une
goutte d’eau : des paramécies.
Observant tout ce qu’il trouvait,
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il multiplia les découvertes dont il
transmettait les descriptions à la
Royal Society de Londres.
Ainsi lui doit-on les premières
descriptions détaillées des spermatozoïdes – dont il montra l’existence
chez de nombreuses espèces – des
rotifères, de nombreux protistes
et des bactéries. Il établit une distinction entre les bactéries rondes
(cocci), allongées (bacilles) et
spiralées.
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Les animalcules de Anton van Leeuwenhoek
L’INVENTION DE LA MICROBIOLOGIE
Fig : A
Fig : B
D
C
Fig : G
Fig : E
Fig : F
Bactéries, telles qu’A. van Leeuwenhoek
les voyait
Ses travaux le rendirent
célèbre. Il devint membre de la
Royal Society et reçut la visite
d’illustres personnages à qui
il faisait des démonstrations.
Ainsi, on peut considérer Anton
van Leeuwenhoek comme le
véritable découvreur du monde
microbien. Passionné et acharné,
il apporta au monde scientifique
de précieux témoignages de ce
nouvel univers. Mais, sans réelle
formation scientifique, il n’en tira
aucune théorie. Par exemple, s’il
a observé à maintes reprises des
cellules, à aucun moment il ne
s’interroge sur l’universalité de
cette structure.
La science des micro-organismes devint expérimentale grâce à l’Italien Lazzaro
Spallanzani. Ce professeur de sciences naturelles réalisa un très grand nombre
d’expériences fameuses sur la digestion, la régénération d’organes ou la reproduction. Mais il fut aussi le premier à cultiver des micro-organismes (dans des
bocaux contenant des jus de viande). Il montra que ses « jus » n’étaient troublés
par les animalcules que s’ils conservaient un contact avec l’air et s’ils n’avaient
pas été bouillis auparavant. Ce fut pour lui un argument pour réfuter la théorie
de la génération spontanée en vigueur à l’époque. C’était en 1768. Un siècle
avant Pasteur1 !
2.2 Vers la microbiologie moderne
Jusqu’au dix-neuvième siècle il n’y eut plus guère d’innovation dans le domaine des
microscopes et les préoccupations des savants s’éloignèrent du « petit monde ».
En 1839, l’Allemand Theodor Schwann (1810-1882) proposa une théorie cellulaire du monde vivant. Pour lui, animaux, plantes et autres créatures étaient tous
constitués d’unités fonctionnelles, les cellules.
1. Et encore, un siècle avant Spallanzani, Francesco Redi avait déjà réfuté la théorie, mais en s’intéressant aux asticots de mouches plutôt qu’aux microbes.
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HISTOIRE D’UNE DÉCOUVERTE
« Les cellules sont des organismes, et les animaux comme les plantes sont des
agrégats de ces organismes arrangés suivant des lois définies. »
Par ailleurs, il étudia les levures et montra que la fermentation du sucre est, pour
elles, un processus vital.
Peu de temps avant, un italien, Agostino Bassi (1773-1856), montra, après un
travail acharné de 25 années, que les vers à soie atteints de « muscardine », une
maladie mortelle pour eux, étaient contaminés par un champignon (Beauveria
bassiana) transmis par la nourriture ou par contact avec des sujets contaminés. Ce fut, en 1832, la première démonstration de l’origine microbienne d’une
maladie.
Vers 1840, un médecin hongrois, Ignace-Philippe Semmelweis (1818-1865),
travaillant à la maternité de Vienne s’émut du taux de femmes mourant en couches,
la plupart de fièvre puerpérale (infection liée à l’accouchement conduisant à une
septicémie mortelle). Entre 15 et 18 % des femmes mouraient des suites de l’accouchement, dans cette clinique flambant neuve.
Il constata en outre que ce taux était très largement supérieur dans le bâtiment
qui accueillait les étudiants par rapport à celui où seules les sages-femmes travaillaient. Or, ces étudiants en médecine passaient allègrement d’un cours d’anatomie avec dissection à des travaux pratiques d’accouchement.
À la mort d’un de ses amis, en 1847, suite à une « piqûre cadavérique » – il
s’était coupé en pratiquant une dissection – il comprit que les étudiants et les
médecins transmettaient, par leurs mains, les agents infectieux des cadavres aux
femmes. Il préconisa alors le lavage des mains avec une solution d’hypochlorite de
calcium. Le taux de mortalité descendit à moins d’un pour cent.
Pourtant, aucun de ses supérieurs ne le suivit, refusant d’admettre qu’ils fussent
la cause de l’hécatombe. Il passa le reste de sa vie à essayer de convaincre du bien
fondé de ses préconisations, mais n’ayant rien d’autre que des statistiques comme
preuve, il fut ignoré, et, atteint de démence, mourut à 47 ans dans un hôpital
psychiatrique.
2.2.1 Louis Pasteur
Le grand spécialiste des micro-organismes, au XIXe siècle, reste Louis Pasteur. (18221895). Après une étude remarquée sur les cristaux et leur dissymétrie, Pasteur s’intéressa de près aux fermentations. À l’époque (entre 1855 et 1862) les travaux de
l’allemand Liebig faisaient autorité : ce chimiste avait prouvé que les fermentations
sont des transformations chimiques de la matière organique. Pasteur démontra
L’INVENTION DE LA MICROBIOLOGIE
qu’elles sont provoquées par des « animalcules », les levures en particulier. Cette
idée avait déjà été développée, presque un siècle plus tôt par le florentin Adamo
Fabbroni, mais sans réelle démonstration scientifique.
Il précisa aussi qu’à un type de fermentation (lactique, alcoolique, etc.), correspond un « ferment ». Cette étude le conduisit à se poser la question de l’origine de ces ferments. Provenaient-ils d’un germe ou s’agissait-il de génération
spontanée ?
Bien que mise en doute depuis longtemps, la théorie de la génération spontanée n’avait jamais pu être réfutée de façon scientifique. Au contraire, même,
un biologiste, Archimède Pouchet, parvenait à en démontrer la réalité, à la suite
d’habiles expériences.
Pasteur montra finalement les failles des expériences de Pouchet et prouva que,
sans contact avec l’air ambiant, ou du moins avec les « poussières » que contient
cet air, un liquide organique stérile ne se troublait pas, aucun germe ne s’y développait. Au contraire, dès que ces « poussières » pouvaient toucher le liquide, il
se troublait. C’était donc bien de l’extérieur que les êtres vivants microscopiques
pouvaient s’introduire dans un milieu.
Par la suite, le savant s’intéressa aux maladies du vin et de la bière, montrant,
vers 1863, qu’un chauffage à 57 °C permettait d’éliminer les germes non désirés
qui altèrent la boisson. C’est le principe de la pasteurisation, qui avait déjà été proposé par Nicolas Appert trente ans plus tôt. Bien que cette « découverte » lui valu
un surcroît de reconnaissance, elle n’eut guère de succès, le vin chauffé n’étant pas
ce qui se fait de mieux2.
L’étude des fermentations conduisit Pasteur à s’intéresser aux maladies
humaines. Il devint un fervent défenseur de leur origine microbienne et découvrit
certains vecteurs comme le staphylocoque, responsable de furoncles.
Enfin, il se pencha sur la mise au point de vaccin, convaincu que c’était le
meilleur traitement contre les maladies infectieuses. Après avoir travaillé sur des
maladies animales, il se lança dans le traitement de maladies humaines, la rage en
particulier.
Tout le monde a en tête cette image d’Épinal d’un Pasteur vaccinant un jeune
paysan mordu par un chien enragé. Pourtant, si l’on y regarde de près, ses travaux
sur la rage ne seraient pas le meilleur à retenir de son œuvre :
2. La pasteurisation du lait fut développée plus tard par Van Soxhlet.
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HISTOIRE D’UNE DÉCOUVERTE
– expérimentations sur l’être humain sans grande précaution ;
– dissimulation des échecs ;
– technique adoptée plus dangereuse qu’efficace ;
– sujets traités qui n’avaient sans doute pas contracté la rage.
Finalement, c’est en reprenant des travaux plus anciens, en les précisant, en y
apportant plus de rigueur, en les expérimentant, que Pasteur aura permis au cours
de sa longue carrière, de donner à la microbiologie de solides bases sur lesquelles
s’appuieront tous ses successeurs.
2.2.2 Robert Koch
De l’autre côté du Rhin, le plus sérieux concurrent de Pasteur, dans l’étude des
micro-organismes fut Robert Koch (1843-1910). Médecin formé par un tenant de
l’origine microbienne des maladies infectieuses, il partagea son temps entre son
activité médicale et ses recherches, tout en s’intéressant à l’archéologie, l’anthropologie et autres domaines.
En 1870, il démontra de façon irréfutable le lien entre une maladie (l’anthrax)
et une bactérie Bacillus anthracis, dont les spores, résistantes, deviennent pathogènes dès qu’elles pénètrent dans l’organisme.
Percevant l’importance de ces micro-organismes, il travailla d’arrache-pied à la
mise au point de techniques d’isolement, de culture et de détermination des bactéries.
Cette fin de XIXe est riche d’innovations chez les microbiologistes : colorations
spécifiques de Gram (voir p. 30), objectifs de microscope plus puissants, objectifs à
immersion, milieux de culture gélosés, boîtes de Pétri – du nom d’un des assistants
de Koch. Tout concoure à lancer cette science nouvelle.
En 1881 Koch étudie la tuberculose et, un an plus tard, en découvre le responsable : le célèbre bacille de Koch, Mycobacterium tuberculosis. Par la suite il
étudia d’autres infections, dont le paludisme et la maladie du sommeil, et découvrit
d’autres micro-organismes.
2.2.3 La découverte des virus
Malgré les progrès de la microbiologie, on ne parvenait toujours pas à comprendre l’origine de certaines maladies telles que la fièvre jaune, la rage ou
la variole. Elles ne semblaient causées par aucuns agents infectieux potentiels : bactéries, levures ou parasites. Vers 1890, un botaniste russe, Dimitri
Ivanovski, montre que la maladie végétale appelée « mosaïque du tabac » est
due à un agent qui passe au travers de tous les filtres censés contenir les micro-
L’INVENTION DE LA MICROBIOLOGIE
organismes. S’agit-il d’une toxine – mais dans ce cas, d’où vient-elle ? – ou d’une
très petite bactérie ? En 1893 le hollandais Beijerincnk remarque que l’agent de
la mosaïque du tabac se transmet si l’on injecte les sèves d’un plant malade à
un plant sain. Il y a donc reproduction. Il ne pouvait s’agir que d’organismes de
très petite taille.
Quelque temps plus tard, vers 1900, on identifie une nouvelle sorte d’agent
pathogène : les virus. Cette découverte est réalisée par Friedrich Loeffler et Paul
Frosch qui travaillaient sur la fièvre aphteuse. En 1902 on découvre celui de la fièvre
jaune. Désormais, on distinguera les maladies d’origine bactérienne de celles d’origine virale grâce à l’utilisation de filtre de Chamberland : un filtre de porcelaine qui
retient les bactéries. Si le filtrat reste contagieux, il s’agit de virus.
Il faudra attendre une quinzaine d’années pour que l’on comprenne comment agit le virus. Et plus d’un siècle pour découvrir les plus gros d’entre eux : les
mimivirus.
Depuis la fin du XIXe, la microbiologie n’a plus cessé de progresser et de s’enrichir de nouvelles connaissances en suivant trois cheminements :
– Recherche de nouvelles espèces, d’abord pathogènes, puis, liés à notre environnement proche ou à l’agriculture (symbiotes des ruminants, bactéries du
sol, etc.). Cela a permis finalement la « découverte » d’un nouveau règne,
celui des archées, en 1977.
– Études du « fonctionnement » des micro-organismes, et, en particulier des
mécanismes génétiques qui les gouvernent. Ces travaux, dont on reparlera
plus loin, sont à la base de la biologie génétique et moléculaire actuelle.
– Découvertes des relations entre les micro-organismes et les autres organismes
(symbiose, parasitisme, etc.) et recherches sur les moyens de luttes (antibiotiques) ou d’utilisation (génie génétique).
Bien sûr, ces cheminements se croisent souvent. Aujourd’hui, en ce début de
nous en savons beaucoup sur les micro-organismes mais encore très peu
sur leur réelle diversité, sur leur mode vie, leurs capacités ou leur importance écologique. On commence simplement à entrevoir tout cela.
XXIe siècle
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HISTOIRE D’UNE DÉCOUVERTE
Résumé
C’est le Hollandais Van Leeuwenhock, vers 1700, qui fut le premier à voir les microorganismes, grâce aux microscopes de sa fabrication. Mais l’importance de ces « animalcules » ne sera comprise qu’au XIXe siècle, avec, en particulier, les travaux de Pasteur
qui montrèrent leur rôle dans les fermentations et ceux de Koch, qui développèrent les
connaissances sur de nombreuses bactéries pathogènes.
Le XXe siècle a été celui de l’étude du fonctionnement intime de ces micro-organismes,
jusqu’au séquençage de leur génome.
Au début du XXIe siècle, on entrevoit l’immense place qu’ils occupent dans la biosphère.
CHAPITRE 2
QU’EST-CE QU’UN MICROBE ?
S MMAIRE
1
2
3
4
Tentatives pour définir le microbe
Petit catalogue des organismes invisibles à l’œil nu
Un autre monde, les procaryotes
Conclusion
Charles-Emmanuel Sédillot fit, au XIXe siècle, une belle carrière de chirurgien. Il
fut un des premiers, en France, à préconiser l’emploi du chloroforme, pour soulager les opérés de la douleur. Désireux de faire sortir la médecine de ses carcans
académiques, il encourageait aussi le nettoyage des plaies et celui des mains qui
opéraient, afin, affirmait-il, d’améliorer les chances de guérison.
Bref, un tel esprit ne pouvait se désintéresser des travaux de Pasteur sur les
« germes » et les levures responsables des fermentations et des putréfactions. C’est
ainsi qu’en 1878, dans une lettre, il lui proposa l’emploi du mot « microbe », pour
désigner ces organismes invisibles, mais si actifs.
L’étymologie du terme est simple : le mikros grec désigne l’extrême petitesse
des créatures, le bios l’appartenance au monde vivant. Réduit à sa plus simple
expression, mikros-bios, devient alors microbe.
Aujourd’hui, les textes savants et sérieux préfèrent l’emploi de « microorganisme », long et lourd. Pourtant il semble bien désigner lui aussi des êtres
vivants (organismes) microscopique. Le microbe serait-il vieux-jeu ou trop vague ?
1 TENTATIVES POUR DÉFINIR LE MICROBE
Peu embarrassés par les pléonasmes, les dictionnaires courants nous expliquent
qu’un microbe est « un micro-organisme invisible à l’œil nu ». Une recherche plus
poussée nous indiquera qu’il faut être équipé d’un microscope pour observer ces
organismes.
18
QU’EST-CE QU’UN MICROBE ?
De quel genre d’organisme s’agit-il ? Animal ? Végétal ? Autre chose ? Rien n’est
dit. Est-il unicellulaire ou pluricellulaire ? Solitaire ou colonial ? Mobile ou fixé ? On
ne saura que deux choses du microbe : petit et vivant.
C’est du moins ce que nous dit la première des définitions. Les suivantes suggèrent d’associer « microbe » à unicellulaire pathogène, puis à bactéries, germes, virus
(aussi à un avorton ou à un point de broderie, mais c’est un autre sujet).
Il convient donc de bien cerner notre microbe : est-il forcément microscopique ? Unicellulaire ? Pathogène ? Tous les microbes sont-ils des bactéries et des
virus ? Pour tenter de trouver une réponse satisfaisante, je propose de consulter le
catalogue des organismes invisibles à l’œil nu.
2 PETIT CATALOGUE DES ORGANISMES INVISIBLES À L’ŒIL NU
L’acuité visuelle de l’être humain est fine puisqu’un œil sans défaut marquant peut
distinguer, dans de bonnes conditions, un « objet » de moins d’un dixième de millimètre ou 100 micromètres. Évidemment, on n’en verra guère de détails et personne
ne saurait décrire un organisme d’une telle taille. On peut considérer qu’au-dessous
du demi-millimètre, on a affaire à une créature microscopique qui a donc toutes les
chances d’entrer dans la catégorie des microbes… et à cette échelle, il y a du monde.
2.1 Plantes et animaux microscopiques
2.1.1 Microalgues
Pour les systématiciens, les « plantes », officiellement appelées embryophytes, appartiennent à un large groupe nommé chlorobiontes, caractérisé par la présence de
chlorophylle et divers traits biochimiques. Ce groupe comprend donc les embryophytes, c’est-à-dire les plantes que l’on rencontre tous les jours, mais aussi les « algues
vertes » telle la laitue de mer (Ulva lactuca) et diverses algues microscopiques : les
micromonades, organismes unicellulaires munis de longs flagelles, les zygnema qui
sont des algues filamenteuses, ou micraster, une autre algue unicellulaire.
Les plus petites de ces algues vivent en suspension dans les eaux douces ou
marines et forment une bonne part du phytoplancton.
Tous les unicellulaires ne sont pas des microbes
Parmi les algues vertes, un groupe fait figure d’original : les acétabulaires. Il s’agit de fines
algues de 4 ou 5 cm de haut, formées d’une tige surmontée d’une ombelle circulaire. Malgré
leur « grande » taille et leur allure de fleur, ces algues ne sont formées d’une seule cellule.
TABLE DES MATIÈRES
Introduction
3
Chapitre 1 Histoire d’une découverte
5
1 L’idée de micro-organisme
5
2 L’invention de la microbiologie
2.1 Un nouveau monde
2.2 Vers la microbiologie moderne
2.2.1 Louis Pasteur
2.2.2 Robert Koch
2.2.3 La découverte des virus
7
9
11
12
14
14
Chapitre 2 Qu’est-ce qu’un microbe ?
17
1 Tentatives pour définir le microbe
17
2 Petit catalogue des organismes invisibles à l’œil nu
2.1 Plantes et animaux microscopiques
2.1.1 Microalgues
2.1.2 Des animaux grands… comme des microbes
a) Les acariens
b) Les tardigrades
c) Les mésozoaires
d) Les rotifères
e) Les nématodes
f) Les kinorhynches
g) Les loricifères
2.2 Les champignons
2.3 Les protistes
a) Les diatomées
b) Les haptophytes
c) Les dinophytes
d) Les ciliés
e) Les sporozoaires
18
18
18
20
20
21
21
21
21
21
21
22
23
24
24
24
25
25
148
TABLE DES MATIÈRES
f)
g)
h)
i)
j)
k)
Les parabasiliens
Les métamonadines
Les actinopodes
Les foraminifères
Les euglénobiontes
Les rhizopodes
26
26
27
28
28
28
3 Un autre monde, les procaryotes
3.1 Les eubactéries
a) Les protéobactéries
b) Les Fimicutes
c) Les actinobactéries
d) Les cyanobactéries
e) Les spirochètes
f) Les chlamydiés
g) Les Acidobacteria
h) Les Aquificales
i) Les Bacteroïdetes
j) Les Chlorobi
k) Les Chloroflexi
l) Les Deinococcus-thermus
m) Les Fibrobacteres
n) Les Planctomycetes
o) Les Thermodesulffobacteres
3.2 Les archées
3.3 Le buisson du vivant
3.4 Peut-on ranger les virus dans le catalogue ?
a) Les virus des archées
b) Les bactériophages
c) Les phytovirus
d) Les virus des champignons
e) Les virus s’attaquant aux animaux
f) Les mimivirus
29
29
30
30
30
32
32
32
33
33
33
33
33
33
33
33
33
34
36
36
39
39
39
39
39
41
4 Conclusion
42
Chapitre 3 Vie et mort d’un microbe
45
1 Démarrer dans la vie
45
2 La structure d’une eubactérie
47
TABLE DES MATIÈRES
3 Croissance et développement
3.1 Le CO2 atmosphérique
3.2 La matière organique
50
50
50
4 Multiplication
52
5 La communauté
54
6 Déplacements
56
7 L’adaptation du métabolisme
59
Chapitre 4 Histoire de la vie = histoire des microbes ?
63
1 Premières traces
63
2 L’origine microbienne de la vie
2.1 Encapsulation obligatoire
2.2 Trois milliards d’années de domination absolue
2.3 Arbre évolutif
2.4 LUCA
2.5 Qui fut le premier, après LUCA ?
65
65
66
67
67
68
3 Comment les bactéries évoluent-elles ?
3.1 Les mutations à la source du changement
3.2 Transposition, transformation et conjugaison
70
71
71
4 Les virus, facteurs d’évolution ?
75
5 Le rôle clé des microbes
dans l’évolution des espèces
5.1 Origine des eucaryotes
5.2 Apparition de l’oxygène et de l’ozone
5.3 Premiers sols
77
77
78
80
Chapitre 5 Un monde microbien avant tout
83
1 Évaluation de la biomasse des microbes
et de leur nombre
83
2 De multiples rôles écologiques
2.1 Fournisseurs de matière
2.2 Les microbes nourrissent-ils le monde ?
2.2.1 Les microbes océaniques
2.2.2 Les cyanobactéries
85
85
87
87
89
149
150
TABLE DES MATIÈRES
2.3
Loin de toute lumière
2.3.1 Autour d’une carcasse de baleine
a) Première étape
b) Deuxième étape
c) Troisième étape
2.3.2 Oasis volcaniques
2.4 Microchaînes alimentaires
3 Recycleurs de matière
3.1 L’enterrement d’une feuille morte
3.2 Le cycle de la matière
92
92
93
93
93
94
96
98
98
99
4 Auxiliaires de vie
4.1 La vache et ses microbes
4.2 Le haricot et ses nodules
4.3 Des poupées russes de la termitière
4.4 L’amibe jardinière et les autres symbioses
101
101
103
105
106
5 Adeptes de l’extrême
5.1 La bactérie la plus résistante du monde
5.2 Dans l’acide bouillant
5.3 La mer morte abrite des microbes bien vivants
5.4 Vivre du pétrole
5.5 La vie sous la glace
5.6 La vie sur Mars ?
107
107
108
109
110
110
112
Chapitre 6 Des microbes et des hommes
115
1 Pour le meilleur
1.1 Le microbiome humain
1.1.1 Digérer, stimuler et protéger
1.1.2 Les virus, toujours là
1.2 Les microbes qui œuvrent pour le bien de l’humanité
1.2.1 Le pain, le vin et le fromage
1.2.2 Des micro-organismes qui soignent
1.2.3 Bactéries « pharmaciennes »
1.2.4 Des virus comme médicaments
1.2.5 Les microbes qui nourrissent
115
115
116
117
117
118
120
121
122
124
TABLE DES MATIÈRES
1.2.6
1.2.7
Des microbes pour dépolluer
Bactéries ressources
a) La fermentation
b) La culture d’algues
124
126
126
129
2 Pour le pire
2.1 Intoxications
2.2 De la carie
2.3 Écologie du microbe pathogène
2.3.1 La bactérie, la tique et l’Homme
2.3.2 La grippe et l’oiseau
2.3.3 Plasmodium, le plus courant des parasites
2.4 Nouvelles maladies et retour des anciennes
2.4.1 Ebola
2.4.2 Le VIH
2.4.3 Legionella pneumophila
2.4.4 Vibrio cholerae
2.4.5 La fièvre jaune
2.5 Les micro-organismes, une arme redoutable ?
2.6 Alors, nos microbes, ennemis ou amis ?
129
129
130
131
131
133
135
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137
137
137
137
138
138
139
Les micro-organismes dominent-ils le monde ?
141
Annexe
143
Combien y a-t-il de bactéries sur Terre ?
143
Bibliographie
145
Table des matières
147
151
Le p int sur…
Cette collection s’adresse prioritairement aux étudiants de niveau
Licence/Baccalauréat du premier cycle universitaire, BTS-DUT, Hautes écoles et/ou IUFM,
en leur procurant un aperçu condensé et un outil de révision des matières enseignées.
Certains ouvrages sont également destinés aux niveaux Master, voire Doctorat.
économie
Abdelmalki L., Mundler P., Économie de l’environnement et du développement durable
Asensio A., Le fonctionnement des économies de marché. Micro et macroéconomie de l’équilibre général
Blancheton B., Histoire de la mondialisation
Farvaque é., Paty S., économie de la démocratie
économie musulmane
A. El-Gamal M., la banque et la finance islamiques
Sultan S. A. M., La comptabilité pour les produits financiers islamiques
Politique
Baron-Yellès N., L’Espagne aujourd’hui. De la prospérité à la crise
Ben Hammouda H., Tunisie. Économie politique d’une révolution
Copinschi Ph., La fin du pétrole. Vie et mort d’une ressource stratégique
Fournier B., La socialisation politique. Concepts et méthodes, à paraître (2012)
Gaillard M., France-Europe. Politique européenne de la France de 1950 à nos jours
Gounin Y., La France en Afrique. Le combat des Anciens et des Modernes
Ribémont Th., Introduction au droit des étrangers en France
Orfali B., L’adhésion. Militer, s’engager, rêver
Tétart Fr., Nationalismes régionaux. Un défi pour l’Europe
Sciences
Macagno G., Les micro-organismes dominent-ils le monde ?
Le p int sur…
Sciences
Les micro-organismes
dominent-ils le monde ?
Gilles
Macagno
est professeur
de sciences et vie
de la Terre. Il est
l’auteur et l’illustrateur
de nombreux ouvrages.
MICORG
ISBN 978-2-8041-6897-1
ISSN 2030-207X
Le monde des micro-organismes est comme une nouvelle galaxie
à explorer.
Les micro-organismes ont mauvaise presse. Pourtant, ils sont partout, installés par millions sur les objets qui nous entourent. Les
spécialistes qui, dès qu’ils les cherchent, n’arrêtent plus d’en trouver de nouveaux, sont eux-mêmes subjugués par leur nombre et
leur diversité.
Mais on les connaît très mal et c’est seulement depuis peu que des
programmes internationaux ont enfin été engagés dans l’exploration du monde microbien, qui s’avérera certainement plus fructueuse que celle du monde martien.
L’auteur propose au lecteur de faire connaissance avec ces microterriens, de percevoir la place, énorme, qu’ils occupent dans la
biosphère, le rôle, primordial, qu’ils ont eu au cours de l’évolution,
et l’importance, vitale, qu’ils ont dans le fonctionnement de notre
organisme.
www.deboeck.com