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Les thème Nr: 7 Nutrition des micro-organismes 1. Besoins élémentaires Source d

Les thème Nr: 7 Nutrition des micro-organismes 1. Besoins élémentaires Source d’énergie Source de carbone Source de soufre et phosphore Source d’azote. 2. Besoins spécifiques- facteurs de croissance 2.1 Nature et propriétés 2.2 Dosage microbiologique 2.3 Phénomène de syntrophi 3. Facteurs physiques Température pH Oxygène Pressions Humidité La nutrition doit être satisfaire par deux types de substances –nutriments que le micro-organismes doit trouver dans son environnement naturel ou milieu de culture-  Les substances élémentaires, c’est-à-dire les matériaux constitutifs de la cellule- carbones, azotes, minéraux et  Les substances énergétiques, permettant a la cellule de réaliser la synthèse de ses propres constituants. Pour étudier la nutrition, nous analyserons les besoins élémentaires et énergétiques nécessaires a la croissance des micro-organismes, de même que les facteurs physico-chimiques. BESOINS NUTRITIFS Les micro-organismes se multiplient a partir des aliments ou nutriments présents dans les milieux de culture. Ils ont tous un certain nombre de besoins communs-Nécessité d’eau, de source d ‘énergie, de source de carbone, de source d ‘azote et d’éléments minéraux. Ces besoins de base sont appelés besoins élémentaires. Certains autres, pourtant, en sont incapables- un ou plusieurs constituants essentiels, nécessaires a la synthèse d’un composant indispensable a la vie cellulaire, leur font défaut. Ces constituants ou métabolites essentiels doivent leur être fournis pour assurer leur développement. Ces besoins spécifiques sont appelles facteurs de croissance. Selon la nature de ces besoins, on sera amène a définir des catégories de micro-organismes que l’on appelle des types trophiques /du grec troph s - nourriture/ 1.1 Besoins élémentaires Source d’énergie Selon le type d ‘énergie utilisée, on peut reconnaître deux catégories de micro-organismes : - Les phototrophess ou photosynthétiques, qui puisent leur énergie dans le rayonnement lumineux, - les chimiotrophes ou chimiosynthetiaues, qui utilisent l’énergie de l’oxydation de produits chimiques organiques ou minéraux. La photosynthèse est le mode de vie caractéristiques des végétaux ; des algues bleu-vert et de quelques espèces bactériennes. Dans chaque cas, grâce a l’énergie lumineuse, le processus conduit a la synthèse d’ATP aux dépend d’ADP et de phosphate inorganique. Les mécanismes sont pourtant distincts selon qu’il s’agit des végétaux ou des bactéries. La phototrophie bactérienne peut faire appel a des composes minéraux ou organiques comme sources d’électrons. On parlera donc de bactéries phtolithotrophes dans le premier cas, bactéries capables de se développer dans un milieu purement minéral comme le font les végétaux – ce sont les bactéries sulfureuses pourpres / Thiorhodaceae/ ou vertes / Chlorobacteriataea/. Dans le second cas, il s’agira de bactéries photoorganotrophes qui nécessitent des composes organiques comme source d’électrons – telles sont les bactéries pourpres non sulfureusses / Athiorhodaceae/. Il est habituel de procéder de la même façon pour classer les bactéries chimiotrophes ou chimiosynthetiques. Elles puisent leur énergie a partie de composes minéraux ou organiques. Elles font appel, pour cela, a des composes „ donneurs d’hydrogène ou d’électrons” et corrélativement a d’autres composés „donneurs d’hydrogène ou d’électrons” . En considérant la nature de ces substances, il est possible d’établir une classification parfaitement rationnelle – si le donner d’électrons est un corps minéral, ont parlera de bactérie chimiolithotrophe; s’il est organique, la bactérie est chimio-organotrophe. La grande majorité des bactéries entre dans cette dernier catégorie; bacteries pathogenes ou ayant un intérêt médical, bacteries de contamination alimentaire, bacteries utilisées dans l’industrie pour leur synthèse d’antibiotiques, de vitamines, d’acides amines, etc. Les bacteries chimioliiithotriphes forment un groupe plus restreint intervenant au cours des cycles de la matière vivante dans le sol et dans les eaux- bacteries oxydant l’hydrogène / Hydrogenomonas/, bacteries oxydant l’ammoniaque / Nitrosomonas/ ou les nitrites /Nitrobacter/, bacteries oxydant les composes réduits du soufre /Triobacteriaceae, Thiobacillus/, etc. On appelle aussi paratrophes les bacteries intracellulaires comme les rickettsies, les chlamydies, qui tirent leur energie de leur parasitisme obligatoire. 2. Source de carbone Le carbone est l’élément constitutif essentiel de la cellule / 50% chez E. Coli/ et doit être fourni en quantité suffisante. L’utilisation de milieux chimiquement définis a permis de connaître les substances qui peuvent servir de sources de carbone. Ces exigences nutritionnelles conduisent à envisager deux grandes catégories de micro-organismes. Les uns, autotrophes, sont capables de se développer en milieu inorganique contenant le CO2 comme seule source de carbone. Les autres, hétérotrophes, exigent au contraire des composés organiques pour se reproduire. Cette distinction, qui ne suffit pas à englober tous les types nutritionnels précédemment définis, reste traditionnelle et utile. Le plus simple des composés carbonés est l'anhydride carbonique ou CO2- Les bactéries photosynthétiques et la plupart des chimiolithotrophes peuvent utiliser le CO2 comme seule source de carbone (autotrophes). Le rôle du CO2, bien moins évident, est tout aussi important chez les hétérotrophes : son absence empêche la croissance de nombreuses espèces telles S. typhi, E. coli, . Ps. aeruginosa, C. diphteriae etc. Une atmosphère enrichie en CO2 favorise celle de Bru-: cella abortus. Le mécanisme de ce pouvoir stimulant n'est pas parfaitement clair ; le CO2 serait nécessaire à la synthèse de certains métabolites essentiels, synthèse qui fait intervenir une réaction de carboxylation. La suivante en est un exemple : C02 + CH3-CO-COOH → HOOC-CH2-CO-COOH acide pyruvique acide oxaloacétique les heterooootrophes peuvent degrader une immense varieté de substances hydrocarbonees – les unes, des molecules simples comme l’alcool, l’acide acetique et l’acide lactique ; d’autres, plus complexes, comme les sucres ou les polyholosides. Certains Pseudomonas, par exemple, peu exigeants, utilisent une grande variété de sucre, comme unique source de carbone. D’autres espèces, au contraire, ont des exigences plus strictes et ne dégradent que certains composes carbones : Micrococcus glycinophilus nécessite, pour sa croissance, le seul glycocolle et Ps.methanica, le méthane ou le méthanol. Soufre et phosphore Parmi les constituants minéraux de la bactérie, le soufre cl le phosphore tiennent une place de choix. Le premier est présent dans certains acides aminés et donc dans les protéines sous forme de groupements thiols (- SH). H est principalement incorporé sous forme de sulfate ou de composés soufrés organiques, rarement sous forme de soufre réduit. Le second fait partie des acides nucléiques, de nombreuses coenzymes et de l'ATP. 11 est incorporé dans la cellule sous forme de phosphate inorganique. Source d'azote Pour synthétiser leurs protéines, qui représentent environ 10 % de leur poids sec, les micro-organismes ont besoin de substances azotées. Quelques bactéries seulement sont capables de fixer l'azote sous sa forme la plus simple, c'est-à-dire l'azote moléculaire. Tel est le cas des Rhizobium qui vivent en symbiose avec certaines légumineuses en leur permettant de fixer l'azote atmosphérique. De la même façon, les lichens sont le résultat d'une symbiose algue-champignon, et parmi eux quand l'algue est une cyanobactérie elle est fixatrice d'azote (genres Nostoc essentiellement). La fixation d'azote moléculaire peut également être le fait de bactéries « libres » tels les Azotobacter et certains Clostridium qui de ce fait contribuent à fertiliser le sol. D'autres composés inorganiques peuvent être utilisés : les nitrites par les Nitrobacter, les nitrates par de nombreux groupes (ils sont alors réduits en nitrites puis en ammonium), l'ammoniac par certaines espèces, sous forme de sels d'ammonium (il est alors assimilé via l'acide glutamique). La source d'azote peut enfin être organique : avec les groupements aminés des coin posés organiques R- NH2, c'est soit l'ammoniac qui est incorporé après désamination, soit le radical NH2, par transaminalion. Autres éléments minéraux Certains de ers éléments jouent sniis atii/un doute un rôle dans l’équilibre pliysicochimique de la cellule. Ce sont notamment le sodium, le potassium, le magnésium et le chlore. Ils sont souvent appelés microélé- ments (par opposition aux macroéléments précédents). D'autres, beaucoup plus nombreux, sont partie constituante d'enzyme ou de coenzyme : tels sont le fer des cytochromes, le magnésium de la chlorophylle. Outre les éléments déjà cités, le calcium, le magnésium, le cobalt, le cuivre, le manganèse, le molybdène et le vanadium jouent le rôle de cofacteurs ou d'activateurs enzymatiques. On les appelle fréquemment des oligoéléments car ils sont indispensables en quantités infimes, le plus souvent apportés sous forme de traces par les produits chimiques qui servent à préparer les milieux de culture. Les Laclobacillus, par exemple, exigent des ions Mn++ et Mg++ pour se développer convenablement. Quelques-uns de ces ions sont exigés à des taux définis pour l'élaboration d'une substance : la production de la toxine diphtérique est optimale à la concentration de 0,14 mg de fer par litre ; elle est pratiquement nulle lorsque celle-ci atteint 0,5 mg par litre. Nous avons déjà appris que la thermorésistance de la spore est sous la dépendance étroite du calcium, la synthèse des antibiotiques exige des ions minéraux (la pénicilline demande du fer, du soufre, du phosphore), l'élaboration des pigments par les bactéries dites pigmentées est strictement régie par ces éléments (Marchai : celle, par exemple, de Serratia marcescens l'est par le fer et le magnésium). Besoins spécifiques : facteurs de croissance En complément de ces éléments de base, certaines bactéries exigent pour leur développement la présence de substances organiques qu'elles sont incapables de synthétiser et qu'on appelle facteurs de croissance. La notion de facteur de croissance est à rapprocher de celle de métabolites essentiels. Ces derniers sont aussi des composés uploads/Sante/ theme-7.pdf