Organisation fonctionnelle des micro-organismes

Organisation fonctionnelle des micro-organismes

1. Présentation historique

1. Définitions

La microbiologie (MB) est l’étude des organismes non visibles à l’œil nu soit inférieur a 1 dixième de millimètre. Ces micro-organismes (MO) constituent un groupe très vaste, très variés d’organismes vivants avec plusieurs milliers d’espèces ce qui ne représente qu’un très petit pourcentage de ceux sur terre.

Dans la nature, ils se comportent en état de cellule unique qui les différencie des cellules animales et végétales qui elles même sont incapables de se développer sous forme unicellulaire donc existent uniquement sous forme pluricellulaire.

Un micro organismes est autonome et est donc capable de réaliser les mécanismes pour son développement : production énergie et de matière organique et reproduction. Ils sont ubiquitaires sur terre, soit de partout où la vie est possible dans pratiquement toutes les niches écologiques, aussi bien aquatique, aérienne que dans le sol. Ils peuvent être aussi à l’intérieur de certains organismes vivants comme l’homme. En effet, il y a plus de MO que de cellules humaines : 10 à 100 fois plus présent comme dans la flore intestinale.

1. Origine MB

L’origine de la microbiologie a été faite grâce à la mise en évidence de l’existence des micro-organismes via :

• Phénomènes provoqué par les microbes :

• Observation grâce a la fermentation : dans l’antiquité au 19ème siècle suite aux travaux de Louis Pasteur qui découvrit que la fermentation est du à des levures.
• Découverte dans la deuxième moitié du 19ème siècle par Robert Koch que les maladies infectieuses sont du à des MO. Il l’a prouvé grâce à des innovations techniques.

• Exemple : Maladie du charbon aussi appelé l’anthrax affectant les bovins, et les hommes qui est du à une bactérie appelé Bacillus Anthracis. Pour cela il a utilisé une souris saine à laquelle il a injecté du sang d’une souris malade donc contaminée et a pu montré qu’elle devenait malade à son tour. Il a donc mis en place une procédure pour déterminer les agents infectieux d’une maladie appelée les postulats de Koch avec 4 étapes :

• Quand le malade arrive il faut isoler l’agent suspect,
• puis on cultive l’agent en culture pure (= culture microbienne dont 100% des cellules sont identiques)

• infection d’un sujet sain qui va développer une maladie avec les mêmes symptômes que le malade de départ.
• Enfin, on isole l’agent suspect qui cause la maladie et vérifier que ce MO est identique que celui isolé chez le premier malade.

• Les MO sont essentiels dans l’écologie des sols et dans le recyclage de certains composés comme le soufre, le phosphore, le carbone démontré par Winogradsky.

• Observation directe des microbes.

• Antoine Van Leeuwenhoek à la fin du 18ème a inventé un microscope très rudimentaire ce qui a permis l’étude des protozoaires et même de les dessiner, il les a dont appelés animalcules. Puis il y a eu un perfectionnement des microscopes et donc une meilleure observation.

La microbiologie est donc une science récente grâce à des progrès techniques qui permirent une meilleure observation et aussi l’isolement des MO grâce aux cultures pures.

1. Impact des micro-organismes sur l’homme

Les MO affectent la société humaine dans plusieurs domaines et la microbiologie va avoir deux types d’orientations :

• Fondamentale 

• Elle a permit les principales avancées en biochimie, physiologie, génétique et biologie moléculaire comme la découverte du code génétique ou les mécanismes de synthèse de macromolécules (ADN, ARN ou Protéines).

• La microbiologie fondamentale fournit de outils via des organismes modèles :

• Escherichia Coli pour la cellule procaryote
• Saccharomyces Cerevisiae pour la cellule eucaryote.

• Appliquée.

• Des nombreux microbiologistes travaillent sur des problèmes ou les MO ont un impact sur la société humaine comme la médecine, l’agronomie et l’agriculture ou l’industrie. Et dans ces domaines, il s’agit de comprendre le fonctionnement des MO et d’améliorer les bienfaits des MO ou d’inhiber leurs méfaits.

• Exemple : en médecine, les maladies infectieuses sont dues a des MO, qui sont contrôlés grâce a la compréhension des agents pathogènes. Certains MO sont pathogènes mais cela représente qu’une petite partie.

• Certaines MO peuvent être bénéfiques, comme certains servant à la production de médicaments comme les antibiotiques ou via leur activité enzymatique pour la production industrielle.

• En agronomie : notre système agricole dépend des MO à plusieurs niveaux comme les cultures.

• Les MO interviennent dans le cycle de certains éléments (C, N, S) et sont essentiels pour la fertilité des sols (et plus sols sont fertiles, meilleurs rendement auront les cultures). Il y a aussi des MO qui peuvent s’associer aux niveau des racines, ce qui et bénéfique à la plante qui a alors une meilleure croissance (intervention mutualiste : chaque organisme tire avantage de la situation. Il y a certaine bactérie capable de capter l’azote moléculaire atmosphérique, et de l’incorporer dans certaines voies de biosynthèses pour ensuite les convertir en ammonium.
• Mais certains MO, peuvent être malsains, car ils sont phyto-pathogènes (taux à contrôler par les agriculteurs pour limiter leur expansion) c’est-à-dire que ces MO sont pathogènes chez les plantes et chez les animaux.
• La nourriture chez l’homme passe aussi par l’élevage. En effet, le rôle des MO passe notamment au niveau des bovins car chez ces derniers, les MO vont permettre aux animaux d’assimiler la cellulose (éléments majeurs de la paroi végétale). Dans les poches du rumen (intestin des bovins), certaines populations microbiennes permettent de digérer la cellulose ce qui génère du CO2, du méthane et des protéines animales. Le développement de ces animaux dépend donc de la population microbienne présente dans leur rumen.

• Les MO jouent un rôle dans certains parties de l’industrie : secteur de l’agroalimentaire, celui énergétique, de l’environnement et celui des biotechnologies.

• Agro-alimentaire : les MO sont important pour élaborer, fabriquer certains aliments par exemple fermentation (pain, boissons alcoolisés). Certains métabolites microbiens vont être utilisés comme des additifs alimentaire (ex : acide citrique, certains colorants). Ils peuvent être des sources nutritives, des compléments alimentaires (les levures sont très riches en vitamines en AA). Mais il faut aussi protéger les denrées alimentaires de la dégradation par les MO.

• Energétique : notre société est basée en grande partie sur la production d’énergie, et les MO en jouent un très grand rôle qui va augmenter dans les années qui suivent. En effet aujourd’hui, les sources principales sont les sources d’énergies fossiles, mais lorsque celles-ci s’épuiseront il faudra les remplacer. C’est la qu’intervient les MO qui jouent un rôle important comme dans les biocarburants. Ils sont crées à partir de matières végétales. Pour cela, on casse la cellulose afin d’avoir du glucose, qu’on donne ensuite à des MO qui vont faire la fermentation alcoolique et donc créer de l’éthanol qui va servir d’additifs pour la création de biocarburants. Ou encore dans la méthanisation, qui utilise pratiquement tous les déchets urbains qui sont rassemblé, puis on leurs ajoute de l’eau avec des MO qui vont les digérer et générer différents produits. Enfin, on ajoute des bactéries méthanogènes qui vont créer du méthane appelé du biogaz.

• Environnement : lutte contre la pollution résultant de l’activité humaine appelé biodépollution grâce a des MO nommées des bioremédiations qui éliminent les polluants comme les hydrocarbures, les solvants les pesticides… Quand il y a une marée noire, on envoie alors des MO pour éliminer une partie de cette marée. Ils jouent aussi un très grand rôle dans le traitement des eaux usées où l’eau stagne dans des bains avec l’injection des MO.

• Biotechnologies ou biologie de synthèse : certains MO produisent des composés important comme des enzymes, des vitamines ou des antibiotiques. On va donc les cultiver de manière massive pour récupérer industriellement leurs produits. On peut aussi prendre un MO, transformer son génotype, et cette modification biologie va les forcer à créer une molécule d’intérêt thérapeutique 

• Exemple : l’insuline qui est une protéine humaine mais qui est maintenant crée par des levures ou des bactéries.

L’activité humaine est toujours en étroite relation avec toutes les parties de la microbiologie qui est toujours en évolution.

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