03 janvier 2006

I - La croissance et la prolifération des bactéries

I-1 Le développement de la bactérie

La bactérie est l'espèce qui se reproduit le plus rapidement au monde. En effet, celle-ci se multiplie par division cellulaire. Cette division est d’autant plus facilitée par le fait que chaque bactérie ne contient qu’un seul chromosome qui constitue l’élément principal du génome, somme totale du matériel génétique de la bactérie, composé d’un acide nucléique : l’ADN*. Le chromosome bactérien a la forme d’un anneau qui, déroulé, fait un millimètre. La réplication du chromosome fait intervenir 2 fourches de réplication qui avancent le long de celui-ci. De même, tous les organites vivant dans la bactérie grossissent et se divisent eux aussi, alors que la forme s’allonge pour se diviser par fission du corps cellulaire, en 2 bactéries parfaitement identiques en tout point.

Le développement normal des bactéries varient celons différents facteurs, tout d’abord le pH : par exemple, la bactérie Escherichia Coli a un pH dans son cytoplasme avoisinant 7,6 et s’accommode d’un milieu extérieur de 6 à 8, on qualifie cette bactérie de neutrophile. Dans le même principe, il existe des bactéries acidophiles, où le pH interne est de 6,7 et acceptent des pH externes plus bas que 2. Un autre facteur modifiant le développement est la nature du milieu, un milieu pauvre en nutriments aura pour conséquence l’allongement de la bactérie durant la division cellulaire, ce qui aura des effets néfastes sur les organites, la bactérie rejettera des sous-produits du métabolisme éventuellement toxique, et sa croissance sera alors ralentie et la bactérie détruite.

Voyons maintenant de plus près la structure de la bactérie et ses relations avec le milieu. La pression osmotique joue un rôle fondamental dans la vie d’une bactérie. Lorsqu’elle s’exerce à l’intérieur du cytoplasme, cette bactérie tend à gonfler, on parle de pression de turgescence. Le rôle de la paroi est double : elle assure la forme d’ensemble de la bactérie, et empêche la pression osmotique qui s’exerce contre la membrane de détruire la bactérie. Cette membrane cytoplasmique bactérienne est une structure extraordinairement souple et fluide. Le cytoplasme présente, lui, un aspect granuleux dû à la présence, en son sein, de ribosomes et le nucléotide constituant l’ADN. Le cytoplasme contient 18 700 ribosomes, toutes copies d’un même exemplaire et associés par groupe de vingtaine, pour former un millier de polysomes*. 

Voici un schéma simple d'une cellule bactérienne :

coupebact2

Intéressons nous maintenant au fonctionnement de son métabolisme, regroupant des phases d’actions essentielles : l’approvisionnement, où la bactérie puise dans son milieu extérieur les petites molécules et l’énergie dont elle a besoin. Des molécules aux propriétés particulières (ATP*) sont utilisées pour accumuler ces réserves d’énergie. 


I-2  La prolifération exponentielle des bactéries dans l’organisme

Tout d’abord, pour tester la prolifération des bactéries, nous avons réalisé une expérience, dont vous trouverez le protocole et les photographies ci-dessous.

1)Tout d'abord, nous avons réaliser la gélose qui sera le milieu de la culture, nous avons ensuite déposer la solution sur une boîte de pétrie, puis laisser refroidir au réfrigérateur.

kif_2433

2) Apres avoir réaliser la préparation de culture, nous avons voulu y déposer des bactéries, tout d'abord avec un contact avec le doigt, puis en déposant quelques gouttes de sang de boeuf.

kif_2434

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3) Durant toute la semaine, nous avons surveillé l'évolution de l'expérience. La semaine suivante nous avons observé les boîtes à pétri au microscope optique et à la loupe binoculaire.

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Nous avons pu observer un bacille, mais les résultats n'ont pas été satisfaisants. Nous pensons qu'une prolifération aurait peut-être eu lieu avec le temps.

Voici ce que nous aurions dû voir :

bacterie

Nous pouvons maintenant analyser les résultats. Théoriquement, la bactérie réplique son chromosome en 40 minutes environ, et met 20 minutes pour se diviser et se séparer en 2 bactéries filles. A partir de ce principe, nous pouvons en déduire qu’une bactérie va en produire 1 000 000 000 au bout de 20 heures : c’est ce que l’on appelle la croissance exponentielle. Lorsque le nombre de descendants augmentent suffisamment, un amas de bactéries devient visible : il s'agit d'une colonie bactérienne.

Voici le graphique schématisant cette prolifération :

image009

Soit :  T1/2    temps de division cellulaire (période de réplication)

          t       un temps quelconque

n       nombre de cycles

           

Soit :  x0                     nombre de bactéries au temps t0

x       nombre de bactéries au temps t


En milieu de culture artificiel non renouvelé, on peut distinguer quatre phases caractérisant la croissance bactérienne. Tout d'abord la phase de latence (1), où les bactéries initient leur activité enzymatique ainsi que leurs synthèses. Puis la phase de croissance exponentielle (2),  où les bactéries puisent abondamment tous les éléments nécessaires à leur développement : la croissance est alors décrite par les lois précédemment énoncées. Lorsque la population de bactéries a épuisé les ressources du milieu, elles ne se reproduisent plus et vivent sur leurs réserves, durant la phase stationnaire (3). Enfin, le milieu pollué par les déchets des bactéries devient toxique, et elles meurent : c'est la phase de déclin (4).

Voici comment une bactérie peut donner naissance à un nombre impressionnant de bactéries au cours du temps :

proliferation_copier

D'après ces chiffres, nous pouvons dire que les bactéries sont à n'en pas douter les envahisseurs biologiques les plus rapides.

Voici un schéma de la prolifération des bactéries vue d'un peu plus près :

shemabact_rie


Faisons un peu de mathématiques et penchons nous sur le phénomène de croissance exponentielle (phase 2 du graphique représentant la prolifération des bactéries). Voici un petit graphique montrant d'un peu plu près cette croissance :

sans_titre1

Deux variables x et y ont été relevées concernant une population (ici une population de bactéries). Si le nuage de points M (xi ; yi) se rapproche de la courbe ci-dessus de la fonction exponentielle, on dit qu’il y a croissance exponentielle (ce qui est le cas avec la croissance des bactéries).

La fonction f exponentielle est définie par : f(x)=ex (le réel e≈2,71828 donc ex=(2,71828)x).

L’équation de la courbe C de f (fonction exponentielle) est la suivante :

y = eβ x eαx

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09 janvier 2006

II - Le pouvoir des bactéries pathogènes

Les bactéries se comportent dans l'organisme de l'hôte infecté comme des éléments étrangers à ses constituants, dotés de propriétés de parasitisme capables de se développer à ses dépens et produisant des effets pathologiques par leur prolifération ou par l'intermédiaire de substances qu'elles synthétisent. La pathogénicité* des bactéries est un paramètre qualitatif concernant la formation de lésions et leur nature. La virulence des bactéries peut se définir être la mesure quantitative de la pathogénicité, elle est donc liée soit à la prolifération des bactéries, soit à l'intensité de libération de substances pathogènes telles que les toxines.

Selon leur localisation dans les constituants de l'hôte infecté durant l'évolution de l'infection, les bactéries sont classées en bactéries à multiplication intracellulaire et bactéries à multiplication extracellulaire. Les premières (Mycobactéries, Lysteria, Salmonella, Brucella, Yersinia, Rickettsia...) sont capables de persister ou même de se répliquer dans le cytoplasme des cellules phagocytaires. Quant aux secondes, ou bien elles échappent à la phagocytose*, grâce à des structures d'enveloppe de la cellule bactérienne (capsules, enveloppes protéiques), ou bien, au contraire, elles ne peuvent subsister que dans les espaces extracellulaires parce qu'elles ne résistent pas à la bactéricidie* intracytoplasmique dans les cellules phagocytaires. Cette localisation des bactéries dans l'organisme de l'hôte conditionne l'efficacité des réactions immunitaires de celui-ci.

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Bactéries Yersinia pestis fluorescentes observées au microscope (grossissement x200)

L'état d'infection, au sens large de contact intime avec les bactéries, est en fait le statut banal des organismes vivants dans des relations symbiotiques ou commensales d'un environnement normal (holoxénie*), par opposition à la vie dans des conditions d'environnement exempt de micro-organismes (axénie*). Le passage de cet état d'infection à celui de maladie infectieuse implique un déséquilibre dans les relations de l'hôte et des bactéries qui l'environnent au sein d'un même écosystème, parfois même couvrant ses surfaces épithéliales* (flores bactériennes de la peau, du tube digestif, des voies aériennes supérieures...). L'induction du processus infectieux se fait soit par intrusion de bactéries dotées de pathogénicité particulièrement active (bactéries hautement virulentes, tels les bacilles de la tuberculose, de la peste ou de la tularémie), soit par prolifération anormalement élevée de bactéries normalement présentes à la surface d'un tissu. Dans le second cas, la rupture d'équilibre biologique peut être provoquée soit par des traitements détruisant l'équilibre de la flore bactérienne pré-existante (staphilococcies et streptococies, entérites diverses, entre autres) ou modifiant l'intégrité de la surface d'un épithélium (surinfection de plaies ou de brûlures par des staphylocoques, des Pseudomonas...), soit par un affaiblissement plus ou moins étendu des fonctions immunitaires.

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Bactéries Staphylococcus aureus colorées au Gram et observées au microscope (grossissement x1000)

Le processus infectieux se déroule de façon diverse, selon les bactéries et selon les compétences immunitaires de l'hôte : invasion mortelle de l'organisme par prolifération bactérienne et libération de substances toxiques (toxines bactériennes ou endotoxines* de la paroi des bactéries Gram négatives), infection immunisante efficace suivie de guérison avec stérilisation, infection immunisante laissant néanmoins persister un état de portage latent, infection "muette", immunisante ou non (primo-infection), ou infection latente pouvant etre réactivée par une perturbation immunitaire.

L'étape première de déclenchement du processus infectieux est l'adhésion des bactéries aux surfaces épithéliales ; on s'est apperçu que certaines structures de la cellule bactérienne, telles que les pili, intervenaient dans cette phase d'adhésion. L'invasivité  est un caractère variable selon les espèces bactériennes. Certaines induisent des désordres étendus bien qu'elles ne franchissent pas les revêtements auxquels elles adhèrent (Vibrio cholerae, Escherichia coli entérotoxinogènes, Corynebacterium diphtheriae...), d'autres peuvent franchir les barrières épithéliales et léser les tissus sous-jacents (les Shigella, les Salmonella et les Staphylocoques), enfin certaines espèces hautement pathogènes diffusent dans les tissus du système réticulo-endothélial, induisant une septicémie (Salmonella typhi, Yersinia pestis...).

L'invasivité intracellulaire de certaines bactéries serait due à la production d'enzymes telles que les hyaluronidases coagulases, fibrinolysines, collagénases, etc. Des études expérimentales récentes ont montré que la mise en évidence des facteurs de virulences que constituent l'adhésivité et l'invasivité de certaines souches d'Escherichia coli, de Shigella ou de Yersinia, était associée à l'existence de certains plasmides* dans ces bactéries.

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Bactéries Escherichia coli observées au microscope (grossissement x15 000)

Les déterminants de pathogénicité essentiels de plusieurs bactéries sont des toxines exocellulaires, c'est le cas de Clostridium tetani, Cl. botulinum, Cl. perfringens, Cl. difficile, Corynebacterium diphtheriae, Bordetella pertussi, Vibrio cholerae et Staphylococcus aureus, agents de toxi-infection alimentaires. Dans d'autres exemples, le rôle exact de la ou des toxines sécrétées par les bactéries n'est pas fermement établi en tant que facteur dominant de la pathogénicité ; c'est le cas de Yersinia pestis, Streptococcus pyogenes, Shigella dysenteriae, Escherichia coli, Yersinia enterocolitica.

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Bactéries Streptococcus pyogenes observées au microscope (grossissement x900)

L'identification précise des déterminants de virulence et de pathogénicité des bactéries est essentielle pour la compréhension des mécanismes de développement des maladies infectieuses et pour leur prévention par vaccination. Les seuls vaccins antibactériens dont l'efficacité soit indiscutée sont les vaccins antitoxiniques contre le tétanos, la diphtérie, du fait de la grande efficacité de neutralisation de la toxine (déterminant majeur de la pathogénèse de ces maladies) grâce aux anticorps élaborés par le sujet vacciné à l'aide des anatoxines que contiennent ces vaccins. Les développements de la recherche en physiopathologie et en immunologie bactérienne permettront de mettre au point des vaccins aussi efficaces que des anatoxines pour la stimulation des réponses immunitaires spécifiques contre les déterminants de virulence et de pathogénicité.

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17 janvier 2006

III - Les bonnes bactéries présentes dans l'organisme.

Il n’existe pas que de mauvaises bactéries, en effet, il en existe également des bonnes, dont certaines sont même indispensables à notre santé. Dans notre organisme, des milliards de bactéries, pathogènes ou non, sont présentes, et principalement dans notre intestin. L'homme est constitué d'environ 10 mille milliards de cellules. On estime que les bactéries présentes dans le tube digestif sont à elles seules 10 fois plus nombreuses.
Les adultes portent plus d’un kilo de bactéries intestinales et rejettent l’équivalent de leur propre poids de bactéries fécales chaque année.
Les bactéries vivant dans nos intestins contribuent à la digestion et éliminent les substances potentiellement toxiques produites par les mauvaises bactéries.

III-1  Le rôle des bactéries dans la flore intestinale

Le rôle principal de ces bonnes bactéries, aussi appelées bactéries probiotiques, est de digérer les mauvaises, pour permettre un bon fonctionnement digestif.
Dans cette flore intestinale, nous trouvons deux grands types de bonnes bactéries : les bifidobactéries, présentent en plus grand nombre, et les lactobacilles.

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Lactobacillus observés au microscope (grossissement x1000)


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Photographie de colonies de bifidobactéries

Pour que la flore intestinale soit équilibrée, il faut que les bonnes bactéries aient le dessus sur les mauvaises. Pour cela, les bonnes bactéries occupent presque tout l’espace disponible de l’intestin, empêchant le développement des bactéries pathogènes.
Les lactobacilles et les bifidobactéries contribuent activement à notre santé en :
-participant à la digestion par le biais de la dégradation des substances digérées ;
-éliminant des substances nocives ;
-produisant certaines vitamines ;
-maintenant le système de défense en bonne condition.   

III-2  Où trouver ces bonnes bactéries

D’après des recherches effectuées depuis de nombreuses années, et toujours poursuivies de nos jours, nous savons que certaines denrées contiennent des micro-organismes vivants qui résultent d’une fermentation ou de l’ajout d’une culture. Parmi ces aliments probiotiques, on compte certains yaourts, des produits laitiers  fermentés et d’autres aliments tels des légumes fermentés ou des dérivés du soja fermentés. Une consommation quotidienne aide à optimiser l’équilibre de la flore intestinale.
Le problème de survie de ces bactéries dépend de deux facteurs :
-la survie des bactéries dans l’aliment ou dans le complément et après la digestion ;
-l’identité des microbes utilisés.
Ces micro-organismes bienfaisants sont soit des aérobies, soit des anaérobies (selon qu’ils ont besoin d’air ou non pour survivre). Il existe plusieurs obstacles à leur survie dans l’organisme : l’acidité dans l’estomac, la sécrétion de la bile ou la compétition avec d’autres bactéries intestinales.
Heureusement, il existe des bactéries probiotiques comme la bactérie Shirota présente dans le produit Yakult. Elles arrivent vivantes en grand nombre au sein de la flore intestinale qu’elles maintiennent en équilibre et ont ainsi un effet  positif sur notre santé.   
 

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Bibliographie

Voici la liste des livres et sites Internet auprès desquels nous nous sommes appuyés pour la construction de ce TPE :

Livres :   - Dictionnaire des Sciences et de la Vie et de la Terre,
              - Le microscope et la vie, de J. David Robertson,
              - Encyclopédie Universalis,
              - Encyclopédie médecine et science,
              - Biologie moléculaire,  de  D. Freifelder,
              - Le monde des bactéries, de Jean-Paul Auffray,
              - Au coeur de la vie, de le cellule, de Dominique Morello.

Sites  - http://www.microbes-edu.org
             - http://fr.wikipedia.org

             - http://croissbact.free.fr/bacterie.php

             - http://bacteriamania.tripod.com/id14.html

             - http://www3.ac-clermont.fr

             - http://www.yakult.be

 

Posté par epoke à 21:06 - - Permalien [#]

21 janvier 2006

Conclusion

Pour clore ce TPE, nous pouvons dire qu'en effet, il existe des bactéries pathogènes et non pathogènes dont la prolifération est impressionante. Les bactéries pathogènes peuvent agir sur l'organisme par différents moyens en sécrétant des toxines par exemple, ce qui entraine des conséquences pouvant être très graves. Cependant, nous avons pu constater que les bactéries non pathogènes sont utiles à l'organisme humain et se situent essentiellement dans la flore intestinale, car elles contribuent à notre santé comme le font les lactobacilles et les bifidobactéries. Donc on peut voir que les bactéries n'ont pas toutes le même rôle à jouer dans l'organisme. Mais nous pouvons aussi nous demander si les bactéries ont les mêmes effets sur l'espèce animale.

Posté par G_6_K à 21:08 - - Permalien [#]

25 janvier 2006

Glossaire

- ADN : Acide DésoxyriboNucléique, acide caractéristique des chromosomes, constitué de deux brins enroulés en double hélice (forme hélicoïdale) et formés chacun d'une succession de nucléotides. L'ADN est porteur de l'information génétique et assure le contrôle de l'activité des cellules.

 

- aérobies : cellules qui, pour subvenir à leurs besoins énergétiques, dépendent de l'oxygène atmosphérique.

 

- anaérobies : cellules n'utilisant pas d'oxygène ou même pour lesquelles ce peut être un poison.

 

- ATP : Adénosine TriPhosphate, molécule dans laquelle est produite de l'énergie chimique mise en réserve. C'est le carburant universel de la vie.

 

- axénie : environnement exempt de micro-organismes.

 

- bactéricidie : qui tue les bactéries.

 

- endotoxine : toxine contenue dans la paroi de certaines bactéries et qui n'est libérée dans le milieu qu'en cas de destruction de la bactérie.

 

- holoxénie : environnement normal.

 

- pathogénicité : pouvoir d'un organisme (virus, bactérie...), d'une substance à causer une maladie.

 

- pathologie : ensemble des manifestations d'une maladie.

 

- phagocytose : processus par lequel les cellules phagocytaires englobent des particules ou d'autres cellules, les absorbent puis les digèrent.

 

- plasmide : molécule d'ADN circulaire qui se réplique indépendamment du chromosome principal de la bactérie.

 

- polysome : ensemble de ribosomes reliés entre eux par un ARN messager. Cet ensemble a l'aspect d'un collier de perles.

 

- scissiparité : mode de division des êtres unicellulaires consistant à doubler de longueur, puis à se partager en deux cellules identiques qui peuvent se séparer.

 

- surfaces épithéliales : tissus minces formés d'une ou plusieurs couches de cellules jointives tels que la flore bactérienne de la peau, du tube digestif...

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