Croissance bactérienne - Bacterial growth

La croissance est représentée par L = log(nombres) où nombres est le nombre d'unités formant des colonies par ml, par rapport à T (temps.)

La croissance bactérienne est la prolifération de la bactérie en deux cellules filles, dans un processus appelé fission binaire . À condition qu'aucun événement ne se produise, les cellules filles résultantes sont génétiquement identiques à la cellule d'origine. Par conséquent, la croissance bactérienne se produit. Les deux cellules filles de la division ne survivent pas nécessairement. Cependant, si le nombre de survivants dépasse l'unité en moyenne, la population bactérienne subit une croissance exponentielle . La mesure d'une courbe de croissance bactérienne exponentielle en culture discontinue faisait traditionnellement partie de la formation de tous les microbiologistes ; les moyens de base nécessitent un dénombrement bactérien (comptage cellulaire) par numération directe et individuelle (microscopique, cytométrie en flux), directe et en vrac (biomasse), indirecte et individuelle (comptage des colonies), ou indirecte et en vrac (nombre le plus probable, turbidité , absorption de nutriments) méthodes. Les modèles concilient la théorie avec les mesures.

Étapes

Courbe de croissance bactérienne\Courbe cinétique

Dans les études autécologiques , la croissance de bactéries (ou d'autres micro-organismes, comme les protozoaires , les microalgues ou les levures ) en culture discontinue peut être modélisée avec quatre phases différentes : phase de latence (A), phase log ou phase exponentielle (B), phase stationnaire (C ) et la phase de mort (D).

  1. Pendant la phase de latence , les bactéries s'adaptent aux conditions de croissance. C'est la période où les bactéries individuelles mûrissent et ne sont pas encore capables de se diviser. Pendant la phase de latence du cycle de croissance bactérienne, la synthèse d'ARN, d'enzymes et d'autres molécules se produit. Pendant la phase de latence, les cellules changent très peu car les cellules ne se reproduisent pas immédiatement dans un nouveau milieu. Cette période de peu ou pas de division cellulaire est appelée phase de latence et peut durer de 1 heure à plusieurs jours. Pendant cette phase, les cellules ne sont pas dormantes.
  2. La phase log (parfois appelée phase logarithmique ou phase exponentielle ) est une période caractérisée par le doublement des cellules. Le nombre de nouvelles bactéries apparaissant par unité de temps est proportionnel à la population actuelle. Si la croissance n'est pas limitée, le doublement se poursuivra à un rythme constant, de sorte que le nombre de cellules et le taux d'augmentation de la population doubleront à chaque période consécutive. Pour ce type de croissance exponentielle, tracer le logarithme népérien du nombre de cellules en fonction du temps produit une ligne droite. La pente de cette ligne est le taux de croissance spécifique de l'organisme, qui est une mesure du nombre de divisions par cellule par unité de temps. Le taux réel de cette croissance (c'est-à-dire la pente de la ligne sur la figure) dépend des conditions de croissance, qui affectent la fréquence des événements de division cellulaire et la probabilité de survie des deux cellules filles. Dans des conditions contrôlées, les cyanobactéries peuvent doubler leur population quatre fois par jour, puis tripler leur population. Cependant, la croissance exponentielle ne peut pas se poursuivre indéfiniment, car le milieu est rapidement appauvri en nutriments et enrichi de déchets.
  3. La phase stationnaire est souvent due à un facteur limitant la croissance tel que l'épuisement d'un nutriment essentiel, et/ou la formation d'un produit inhibiteur tel qu'un acide organique. La phase stationnaire résulte d'une situation dans laquelle le taux de croissance et le taux de mortalité sont égaux. Le nombre de nouvelles cellules créées est limité par le facteur de croissance et, par conséquent, le taux de croissance cellulaire correspond au taux de mort cellulaire. Le résultat est une partie linéaire horizontale « lisse » de la courbe pendant la phase stationnaire. Des mutations peuvent survenir pendant la phase stationnaire . Ponts et al. (2001) ont présenté des preuves que les dommages à l'ADN sont responsables de nombreuses mutations survenant dans les génomes des bactéries en phase stationnaire ou affamées. Les espèces réactives de l'oxygène générées de manière endogène semblent être une source majeure de tels dommages.
  4. À la phase de mort ( phase de déclin), les bactéries meurent. Cela pourrait être causé par un manque de nutriments, une température environnementale supérieure ou inférieure à la bande de tolérance pour l'espèce ou d'autres conditions nuisibles.

Ce modèle de croissance de culture discontinue de base met en évidence et met l'accent sur les aspects de la croissance bactérienne qui peuvent différer de la croissance de la macrofaune. Il met l'accent sur la clonalité, la division binaire asexuée, le temps de développement court par rapport à la réplication elle-même, le taux de mortalité apparemment faible, la nécessité de passer d'un état dormant à un état reproductif ou de conditionner les médias, et enfin, la tendance des souches adaptées au laboratoire d'épuiser leurs nutriments. En réalité, même en culture discontinue, les quatre phases ne sont pas bien définies. Les cellules ne se reproduisent pas en synchronie sans incitation explicite et continue (comme dans les expériences avec des bactéries traquées) et leur croissance en phase exponentielle n'est souvent jamais un taux constant, mais plutôt un taux de décroissance lente, une réponse stochastique constante aux pressions à la fois pour se reproduire et rester en sommeil face à la baisse des concentrations de nutriments et à l'augmentation des concentrations de déchets.

Vers la fin de la phase logarithmique d'une culture discontinue, la compétence pour la transformation génétique naturelle peut être induite, comme chez Bacillus subtilis et chez d'autres bactéries. La transformation génétique naturelle est une forme de transfert d'ADN qui semble être une adaptation pour réparer les dommages à l'ADN.

La culture par lots est la méthode de croissance en laboratoire la plus courante dans laquelle la croissance bactérienne est étudiée, mais ce n'est qu'une parmi tant d'autres. Il est idéalement non structuré spatialement et structuré temporellement. La culture bactérienne est incubée dans un récipient fermé avec un seul lot de milieu. Dans certains régimes expérimentaux, une partie de la culture bactérienne est périodiquement retirée et ajoutée à un milieu stérile frais. Dans le cas extrême, cela conduit au renouvellement continuel des nutriments. Il s'agit d'un chémostat , également connu sous le nom de culture continue. Il est idéalement non structuré spatialement et non structuré temporellement, dans un état stable défini par les taux d'apport en nutriments et de croissance bactérienne. Par rapport à la culture discontinue, les bactéries sont maintenues en phase de croissance exponentielle et le taux de croissance des bactéries est connu. Les appareils associés comprennent les turbidostats et les auxostats . Lorsque Escherichia coli se développe très lentement avec un temps de doublement de 16 heures dans un chémostat, la plupart des cellules ont un seul chromosome.

La croissance bactérienne peut être supprimée avec des bactériostats , sans nécessairement tuer les bactéries. Dans une situation synécologique et naturelle où plus d'une espèce bactérienne est présente, la croissance des microbes est plus dynamique et continue.

Le liquide n'est pas le seul environnement de laboratoire pour la croissance bactérienne. Les environnements spatialement structurés tels que les biofilms ou les surfaces de gélose présentent des modèles de croissance complexes supplémentaires.

Conditions environnementales

Les facteurs environnementaux influencent le taux de croissance bactérienne tels que l'acidité (pH), la température, l'activité de l'eau, les macro et micro nutriments, les niveaux d'oxygène et les toxines. Les conditions ont tendance à être relativement cohérentes entre les bactéries à l'exception des extrêmophiles . Les bactéries ont des conditions de croissance optimales dans lesquelles elles se développent, mais une fois en dehors de ces conditions, le stress peut entraîner une croissance réduite ou bloquée, une dormance (comme la formation de spores ) ou la mort. Le maintien de conditions de croissance sous-optimales est un principe clé de la conservation des aliments .

Température

Les basses températures ont tendance à réduire les taux de croissance, ce qui fait que la réfrigération joue un rôle déterminant dans la conservation des aliments. Selon la température, les bactéries peuvent être classées comme :

  • Psychrophiles

Les psychrophiles sont des bactéries ou archées extrêmophiles aimant le froid avec une température optimale de croissance à environ 15 °C ou moins (température maximale pour la croissance à 20 °C, température minimale pour la croissance à 0 °C ou moins). Les psychrophiles se trouvent généralement dans les écosystèmes extrêmement froids de la Terre, tels que les régions de calotte glaciaire polaire, le pergélisol, la surface polaire et les océans profonds.

  • Mésophiles

Les mésophiles sont des bactéries qui se développent à des températures modérées, se développant mieux entre 20 et 45 °C. Ces températures correspondent aux températures corporelles naturelles des humains, c'est pourquoi de nombreux agents pathogènes humains sont mésophiles.

  • Thermophiles

Survivre à des températures de 45 à 60 °C Ambrose

Acidité

L'acidité optimale pour les bactéries a tendance à se situer autour de pH 6,5 à 7,0 à l'exception des acidophiles . Certaines bactéries peuvent modifier le pH, par exemple en excrétant de l'acide, ce qui entraîne des conditions sous-optimales.

Activité d'eau

Voir aussi : Activité aquatique

Oxygène

Les bactéries peuvent être aérobies ou anaérobies . Selon le degré d'oxygène requis, les bactéries peuvent appartenir aux classes suivantes :

  1. anaérobies facultatifs, c'est-à-dire absence aérotolérante ou oxygène minimal requis pour leur croissance
  2. les anaérobies obligatoires ne se développent qu'en absence totale d'oxygène
  3. aérobies facultatifs-peuvent se développer en présence ou avec un minimum d'oxygène
  4. aérobies obligatoires - ne poussent qu'en présence d'oxygène

Micronutriments

Abondance de nutriments

Voir aussi : Fer § Rôle biologique et pathologique

Composés toxiques

Les composés toxiques tels que l' éthanol peuvent entraver la croissance ou tuer les bactéries. Ceci est utilisé avantageusement pour la désinfection et la conservation des aliments .

Voir également

Les références

Liens externes

Cet article comprend des éléments d' un article publié le 26 avril 2003 sur Nupedia ; écrit par Nagina Parmar; revu et approuvé par le groupe Biologie ; éditrice, Gaytha Langlois; critique principale, Gaytha Langlois ; rédacteurs en chef, Ruth Ifcher. et Jan Hogle.