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Bactérie

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Bactérie
Nom vulgaireounom vernaculaireambigu:
l'appellation «Bactérie» s'applique enfrançaisà plusieurstaxonsdistincts.
Description de cette image, également commentée ci-après
La bactérieDeinococcus radiodurans

Taxons concernés

En microbiologie:

Le termebactérieest unnom vernaculairequi désigne certainsorganismes vivantsmicroscopiques etprocaryotesprésents dans tous les milieux. Le plus souvent unicellulaires, elles sont parfois pluricellulaires (généralement filamenteuses), la plupart des espèces bactériennes ne vivant pas individuellement en suspension, mais en communautés complexes adhérant à des surfaces au sein d'un gel muqueux (biofilm)[1].

Coquesà gauche,Spirillumau centre,bacilleà droite.

Les bactéries les plus grosses, ditesbactéries géantes,sont visibles à l'œil nu. Jusqu'au début duXXIesiècle, les spécialistes considéraient que les plus petites mesuraient 0,2μm,mais il existe desultramicrobactéries[2],[3],[4].

Les bactéries présentent de nombreuses formes: sphériques (coques), allongées ou en bâtonnets (bacilles) et des formes plus ou moins spiralées. L’étude des bactéries est labactériologie,soit une des nombreuses branches de lamicrobiologie.

Il existe environ 10 000 espèces connues à ce jour[5],[6],mais la diversité réelle du groupe est probablement supérieure. L'estimation du nombre des espèces oscillerait entre 5 et 10 millions[7],[8].

Les bactéries sontubiquitaireset sont présentes dans tous les types debiotopesrencontrés surTerre.Elles peuvent être isolées du sol, des eaux douces, marines ou saumâtres, de l’air, des profondeurs océaniques, des déchets radioactifs[9],de la croûte terrestre, sur la peau et dans l’intestin des animaux ou des humains. Les bactéries ont une importance considérable dans lescycles biogéochimiquescomme lecycle du carboneet lafixation de l’azotede l’atmosphère.

Un nombre important de bactéries vit dans le corps humain, d'ordre comparable à la quantité des cellules qui le constituent, mais lamassede ces dernières est plus importante. La plupart de ces bactéries sont inoffensives ou bénéfiques pour l'organisme. Il existe cependant de nombreuses espècespathogènesà l'origine de beaucoup demaladies infectieuses.

DeuxKlebsiella pneumoniae(bacilles) aux prises avec un leucocyte humain (neutrophile). Image de microscopie électronique à balayage recolorée. Noter l'aspect granuleux de sa paroi qui correspond à sacapsule,sorte de barrière externe qui la rend plus résistante à laphagocytose[10].

Les bactéries peuvent être très utiles à l’humain lors des processus detraitement des eaux usées,dans lesecteur agroalimentairelors de la fabrication desyaourtsou dufromageet dans la production industrielle de nombreux composés chimiques[11].

Histoire

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Origine de la bactériologie

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Article détaillé:Microbiologie.

Les bactéries étant microscopiques, elles ne sont donc visibles qu'avec unmicroscope.Antoine van Leeuwenhoekfut le premier à observer des bactéries, grâce à un microscope de sa fabrication, en1676[12].Il les appela « animalcules » et publia ses observations dans une série de lettres qu'il envoya à laRoyal Society[13],[14],[15].

AuXIXesiècle, les travaux deLouis Pasteuront révolutionné labactériologie.Il démontra en1859que les processus defermentationsont causés par desmicroorganismeset que leur croissance n’était pas due à lagénération spontanée.Il démontra aussi le rôle des microorganismes comme agents infectieux[16].Pasteur conçut également desmilieux de culture,des procédés de destruction des microorganismes comme l’autoclaveet lapasteurisation.

Le médecin allemandRobert Kochet ses collaborateurs mirent au point les techniques de culture des bactéries sur milieu solide. Robert Koch est un des pionniers de lamicrobiologie médicale,il a travaillé sur lecholéra,lamaladie du charbon(anthrax) et latuberculose.Il démontra de façon claire qu’une bactérie pouvait être l’agent responsable d’unemaladie infectieuseet il proposa une série de postulats (lespostulats de Koch,toujours utilisés aujourd'hui[17]) confirmant le rôleétiologiqued’un microorganisme dans une maladie. Il obtient leprix Nobel de physiologie ou médecineen1905[18].

Si les bactéries étaient connues auXIXesiècle, il n’existait pas encore de traitement antibactérien. En1909,Paul Ehrlichmit au point un traitement contre lasyphilisavant l’utilisation de lapénicillineen thérapeutique suggérée parErnest Duchesneen1897et étudiée parAlexander Flemingen1929.Ehrlich reçut le prix Nobel pour ses travaux sur l'immunologieen 1908, et fut un pionnier de l'usage de colorants pour détecter et identifier les bactéries, son travail étant la base de lacoloration de Gramet de lacoloration de Ziehl-Neelsen[19].

Les microbiologistesMartinus BeijerincketSergei Winogradskyinitièrent les premiers travaux de microbiologie de l’environnement et d’écologie microbienneen étudiant les relations entre ces microorganismes au sein de communautés microbiennes du sol et de l’eau.

Définition et étymologie

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Article connexe:Prokaryota#Origine du concept.

Le mot « bactérie » apparaît pour la première fois avec lenaturalisteetzoologisteallemandChristian Gottfried Ehrenbergen1838[20].Ce mot dérive dugrec ancienβακτήριον/baktḗrion,« bâtonnet ». Parallèlement Haeckel inventa en1866l'embranchement Monera pour regrouper au sein de son règne Protista tous les microorganismes sans structure interne (bien qu'excluant lescyanobactéries,alors classées parmi les plantes).Ferdinand Cohnutilisa à son tour le terme Bacteria commetaxonen 1870 et tenta le premier de les classer rigoureusement selon leur morphologie[21].Pour Cohn, les bactéries étaient des plantes primitives non chlorophylliennes. À la suite des travaux de Cohn, Haeckel révisa la circonscription de ses « monères » pour y inclure les cyanobactéries[22].Les termes de « monère » et de « bactérie » devinrent alors synonymes[21].

En 1938Herbert Copelandéleva les monères au rang de règne, à un niveau désormais égal aux animaux, plantes et protistes[23].Ce n'est qu'en 1957 qu'André Lwoffdistingua avec clarté les concepts de bactérie et de virus[24]grâce à des arguments biochimiques et structuraux. Enfin,Roger StanieretCornelis van Nieldéfinirent pour la première fois rigoureusement en 1962 le concept de bactérie par l’absence d’organitemembrané (et en particulier de véritable noyau, donc de mitose)[25].

Noms français et noms scientifiques correspondants

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Liste alphabétique denoms vulgairesou denoms vernaculairesattestés[26]en français.

Controverse terminologique

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Article connexe:Prokaryota#Pertinence actuelle du concept.

En1977,Carl Woesegrâce à ses travaux dephylogénie moléculairedivisa les procaryotes en deuxdomaines:lesEubacteriaet lesArchaebacteria[30];il les renomma respectivement Bacteria et Archaea lors de la révision de sa nomenclature en 1990[31].Le mot « bactérie » faisant référence à l'ensemble des procaryotes avant 1990, ce renommage a provoqué une certaine ambiguïté dans l'utilisation de ce terme et n'a donc pas été accepté par tous les biologistes[32],[33],[34],[35],[36].

Certains biologistes[21],[37]pensent que cette tentative de renommage tient davantage de la propagande (de la part deCarl Woese,afin d'accréditer ses idées) que de la science:

«Therefore archaebacterial cell structure, growth, division, and genetics remained fundamentally bacterial or prokaryotic. Early claims that archaebacteria are a “third form of life” in addition to eukaryotes and prokaryotes/bacteria are thus falsified, despite misleading, confusing, purely propagandistic name changes that some of us never accepted[…][37]»

Et plus loin dans le même article:

«Differences between archaebacteria and eubacteria have been grossly exaggerated.»

Dans un cadrekuhnienla théorie des trois domaines qui sous-tend ce changement de nomenclature est parfois analysé comme unparadigmede labactériologiemoderne[38],[39],[21],ce qui expliquerait les résistances (principalement de nature sociologiques) contre sa remise en cause.

Morphologie et anatomie

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Forme et taille des bactéries

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Escherichia coli,une bactérie en forme debacille,observées aumicroscope électronique.

Les bactéries présentent une grande diversité de tailles et de formes. Les cellules bactériennes typiques ont une taille comprise entre 0,5 et 5µmde longueur, cependant, quelques espèces commeThiomargarita namibiensisetEpulopiscium fishelsonipeuvent mesurer jusqu’à 750µm(0,75mm) de long et être visibles à l’œil nu[40],[41](voirbactérie géante).Thiomargarita magnifica,découverte en 2019, peut même mesurer jusqu'à 2cm.Parmi les plus petites bactéries, lesmycoplasmesmesurent 0,3µm,soit une taille comparable à certains gros virus[42].

La plupart des bactéries sont soit sphériques soit en forme de bâtonnets. Dans le premier cas elles sont appeléescoques(du greckókkos,grain) et dans le secondbacilles(du latinbaculus,bâton). Il existe aussi des formes intermédiaires: les coccobacilles. Quelques bactéries en forme de bâtonnets sont légèrement incurvées comme lesVibrio.D’autres bactéries sont hélicoïdales. Ce sont desspirillessi la forme est invariable et rigide, desspirochètessi l’organisme est flexible et peut changer de forme. La grande diversité de formes est déterminée par laparoi cellulaireet lecytosquelette.Les différentes formes de bactéries peuvent influencer leur capacité d’acquérir des nutriments, de s’attacher aux surfaces, de nager dans un liquide et d’échapper à la prédation.

Association de bactéries

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Les bactéries présentent une grande diversité de morphologies et d'arrangements cellulaires.

Beaucoup d’espèces bactériennes peuvent être observées sous forme unicellulaire isolée alors que d’autres espèces sont associées en paires comme lesNeisseriaou en chaînette, caractéristique desStreptocoques.Dans ces cas, les coques se divisent selon un axe unique et les cellules restent liées après la division. Certains coques se divisent selon un axe perpendiculaire et s’agencent de façon régulière pour former des feuillets. D’autres se divisent de façon désordonnée et forment des amas comme les membres du genreStaphylococcusqui présentent un regroupement caractéristique en grappe de raisins. D'autres bactéries peuvent s’élonger et former des filaments composés de plusieurs cellules comme lesactinobactéries.

En dépit de leur apparente simplicité, elles peuvent former des associations complexes. Des capteurs leur permettent de détecter d'autres bactéries ou une surface (ce qui induit souvent chez elle un changement de comportement; ainsiPseudomonas aeruginosane devient virulente et n'active ses gènes de résistance que quand son « sens du toucher » l'informe qu'elle entre en contact avec une surface;muqueusepulmonaire par exemple[43]).

Lescyanobactériesforment des chaînes appeléestrichomesoù les cellules sont en relation étroite, grâce à des échanges physiologiques. Certaines bactéries forment des colonies pouvant solidement s’attacher aux surfaces. Ces «biofilms» sont un arrangement complexe de cellules et de composants extracellulaires, formant des structures secondaires comme des microcolonies, au sein desquelles se forme un réseau de canaux facilitant la diffusion des nutriments.

Structure

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Article détaillé:Prokaryota#Plan d'organisation.
Structures de la cellule bactérienne
Bacillus anthracis(bâtonnets violets foncé, donc àGram positif) se développant dans duliquide cérébrospinal.

Une caractéristique importante des bactéries est laparoi cellulaire.La paroi donne à la bactérie sa forme et la protège contre l’éclatement sous l’effet de la très fortepression osmotiqueducytosol.Les bactéries peuvent être structuralement divisées en deux groupes: les bactéries à paroi unimembranée (ne contenant qu'une seule membrane, lamembrane plasmique,voirUnimembrana) et les bactéries à paroi bimembranée (constituée de deux membranes superposées, lamembrane interneet lamembrane externe,voirNegibacteria). Lacoloration de Gramest un critère empirique, quoique imparfait, permettant de déterminer la structure de la paroi bactérienne.

Certains organites extracellulaires comme lesflagellesou lespoilspeuvent être enchâssés dans la paroi cellulaire. Quelques bactéries peuvent fabriquer de fines couches externes à la paroi cellulaire, généralement essentiellement constituées depolysaccharides(des sucres). D'autres bactéries peuvent s’envelopper d’une couche protéique appelée lacouche S.

En tant queprocaryote(organisme sans noyau), les bactéries sont des cellules relativement simples, caractérisées par une absence denoyauet d’organitescomme lesmitochondrieset leschloroplastes,elles n'ont pas non plus deréticulum endoplasmiqueou d'appareil de Golgi[44].

Métabolismes bactériens

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Le métabolisme d’une cellule est l’ensemble des réactions chimiques qui se produisent au niveau de cette cellule. Pour réaliser ce processus, les bactéries, comme toutes les autres cellules, ont besoin d’énergie. L’ATP est la source d’énergie biochimique universelle, commune à toutes les formes de vie, mais les réactions d’oxydo-réduction impliquées dans sa synthèse sont très variées selon les organismes et notamment chez les bactéries.

Les bactéries vivent dans pratiquement toutes les niches environnementales de la biosphère. Elles peuvent ainsi utiliser une très large variété de source de carbone et/ou d’énergie[45].

Les bactéries peuvent être classées selon leur type de métabolisme, en fonction des sources de carbone et d’énergie utilisés pour la croissance, les donneurs d’électrons et les accepteurs d’électrons[46].

Type trophique en fonction de la classe et la nature du besoin
Classe du besoin Nature du besoin Type trophique
Source de carbone CO2 Autotrophe
Composé organique Hétérotrophe
Substrat énergétique

(donneur d'électrons)

Minéral Lithotrophe
Organique Organotrophe
Source d'énergie Lumière Phototrophe
Oxydation biochimique Chimiotrophe

L’énergie cellulaire des chimiotrophes est d’origine chimique alors que celle des phototrophes est d’origine lumineuse. La source de carbone des autotrophes est le dioxyde de carbone, tandis que des substrats organiques sont la source de carbone des hétérotrophes. Il est aussi possible de distinguer deux sources possibles de protons (H+) et d'électrons (e-): les bactéries réduisant des composés minéraux sont des lithotrophes alors que celles réduisant des substances organiques sont des organotrophes.

Tout organisme vivant réalise en permanence de nombreuses réactions chimiques destinées à construire les biomolécules indispensables à la vie, et particulièrement lipides, protéines, acides nucléiques et saccharides. Ces réactions ne sont possibles que grâce à l'énergie accumulée à la suite d’autres réactions chimiques. Le métabolisme d'une bactérie est l'ensemble des réactions chimiques qui se produisent au niveau de la cellule bactérienne[47].Les besoins énergétiques de la bactérie peuvent être satisfaits par deux mécanismes:

  • la photosynthèse, au cours de laquelle la lumière est utilisée comme source d’énergie;
  • l'oxydation de substances chimiques (substrats énergétiques), qui utilise une source d’énergie chimique.

Physiologie et génétique

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Articles détaillés:Prokaryota,Type trophiqueetConjugaison (génétique).

Les bactéries possèdent unchromosomegénéralement unique et circulaire (mais il y a des exceptions) qui porte la majorité desgènes.Certains gènes ayant des fonctions particulières (résistance à un antibiotique, un prédateur, adaptation physiologique au milieu, etc.) sont cependant localisés sur des petites sections d'ADNcirculaire libres appeléesplasmides.

Il existe une grande diversité de métabolismes par rapport auxeucaryotes.D'ailleurs la phototrophie et l'autotrophie chez les eucaryotes sont toujours le résultat d'unesymbioseavec des bactéries (certainslichenspar exemple) et/ou d'unesymbiogenèseimpliquant une cyanobactérie (chloroplaste).

Source de matière:hétérotrophievsautotrophie

Source d'énergie:phototrophievschimiotrophie

Bactéries et écosystème

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Les bactéries, avec les autresmicro-organismes,participent pour une très large part à l’équilibre biologique existant à la surface de laTerre.Elles colonisent en effet tous lesécosystèmeset sont à l’origine de transformations chimiques fondamentales lors desprocessus biogéochimiquesresponsables du cycle desélémentssur la planète.

Une population de bactéries peut avoir un comportement coordonné grâce à une messagerie moléculaire, lequorum sensing.

Dans les biofilms

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Au sein desbiofilmsdes relations s'établissent entre bactéries, conduisant à une réponse cellulaire intégrée. Lesmoléculesde lacommunication cellulaireou « lang » sont soit deshomosérines lactonespour les bactéries àGram négatif,soit des peptides courts pour les bactéries àGram positif.De plus au sein de biofilms établis, les caractéristiques physico-chimiques (pH,oxygénation,métabolites) peuvent être néfastes au bon développement bactérien et constituer donc des conditions stressantes. Les bactéries mettent en place des réponses de stress qui sont autant d'adaptation à ces conditions défavorables. En général les réponses de stress rendent les bactéries plus résistantes à toute forme de destruction par des agents mécaniques ou des moléculesbiocides.

L'étude descanaux ioniquesbactériens a permis à une équipe de chercheurs de mettre en évidence, en 2015, une synchronisation dumétabolismede certaines bactéries au sein des communautés de biofilms bactériens par des vagues d'ionspotassium.Celles-ci résultent d'une boucle derétroactionpositive, dans laquelle un déclencheur métabolique induit la libération d'ions potassium intracellulaire, qui à son tour dépolarise les bactéries voisines. Cette vague dedépolarisationcoordonne les états métaboliques entre les bactéries à l'intérieur et à la périphérie du biofilm. La suppression ou le blocage de l'activité des canaux potassium supprime cette réponse[48].

Écosystème aquatique

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Les eaux naturelles comme les eaux marines (océans) ou les eaux douces (lacs,mares,étangs,rivières,etc.) sont des habitats microbiens très importants. Lesmatières organiquesen solution et les minéraux dissous permettent le développement des bactéries. Les bactéries participent dans ces milieux à l’autoépuration des eaux. Elles sont aussi la proie desprotozoaires.Les bactéries composant leplanctondes milieux aquatiques sont appelées lebactérioplancton.

Il y a environ quarante millions de cellules bactériennes dans un gramme de sol et un million de cellules bactériennes dans un millilitre d’eau douce. On estime qu'il y aurait (à un instant donné) quatre à sixquintillions(4  × 1030à6 × 1030), soit entre quatre et six mille milliards de milliards de milliards de bactéries dans le monde[49],représentant une grande partie de labiomassedu monde[49].Cependant, un grand nombre de ces bactéries ne sont pas encore caractérisées car non cultivables en laboratoire[50].

Bactérie du sol et du sous-sol

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Une cheminée hydrothermale.

Lesolest composé de matière minérale provenant de l’érosion des roches et de matière organique (l’humus) provenant de la décomposition partielle desvégétaux.La flore microbienne y est très variée. Elle comprend des bactéries, deschampignons,desprotozoaires,desalgues,desvirus,mais les bactéries sont les représentants les plus importants quantitativement. On peut y retrouver tous les types de bactéries, desautotrophes,deshétérotrophes,desaérobies,desanaérobies,desmésophiles,despsychrophiles,desthermophiles.Tout comme les champignons, certaines bactéries sont capables de dégrader des substances insolubles d’origine végétale comme lacellulose,lalignine,de réduire lessulfates,d’oxyder lesoufre,de fixer l’azoteatmosphérique et de produire desnitrates.Les bactéries jouent un rôle dans le cycle des nutriments des sols, et sont notamment capables defixer l’azote.Elles ont donc un rôle dans la fertilité des sols pour l’agriculture.Les bactéries abondent au niveau des racines des végétaux avec lesquels elles vivent enmutualisme.

À la différence des milieux aquatiques, l’eau n’est pas toujours disponible dans les sols. Les bactéries ont mis en place des stratégies pour s’adapter aux périodes sèches. LesAzotobacterproduisent descystes,lesClostridiumet lesBacillusdesendosporesou d’autres types de spores chez lesActinomycètes.

Dans le sous-sol, dans l'eau ou dans les cavités humides, des bactéries colonisent inévitablement les galeries minières, puits de mines et leurs abords faillés ou évidés, y compris dans les centres de stockage souterrains; elles sont parfois trouvée à grande profondeur dans le sous-sol, y compris dans les remontées de forages d'eau ou de pétrole. Elles peuvent là aussi modifier leur environnement, être source de CO2ou de méthane, d'acidification, de corrosion, deméthylation,de putréfaction et/ou interagir avec les nappes, certains métaux ou des matériaux de confinement (Rizlan Bernier-Latmani mène sur ce sujet une campagne expérimentale d'étude à des centaines de mètres de profondeur, au sein du laboratoire duMont Terri,près deSaint-Ursannedans leJura,où est étudiée la pertinence de la roche argileuse pour lestockage géologique des déchets nucléaires[51]).

Environnements extrêmes

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Les bactéries peuvent aussi être rencontrées dans des environnements plus extrêmes. Elles sont qualifiées d’extrémophiles.Des bactérieshalophilessont rencontrées dans des lacs salés, des bactériespsychrophilessont isolées d’environnements froids comme des océansArctiqueetAntarctique,desbanquises.Des bactériesthermophilessont isolées des sources chaudes ou descheminées hydrothermales.

Plus anciennes bactéries en vie

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En 2007, des forages dans lepergélisoldu nord-est de laSibérie,du nord-ouest duCanadaet de l'Antarctiqueont permis à des scientifiques de l'université de Californiedirigée par le professeurEske Willerslev(en)(Université de Copenhague) de mettre au jour des bactéries toujours vivantes vieilles d'environ 500 000 ans. Les chercheurs ont montré chez ces bactéries des signes de réparation de leur ADN combiné à un état dedormanceinférieure à l'activitémétaboliquenécessaire à laréparation de l'ADNmaintenue à un bas niveau[52].

En 2000, une équipe scientifique a annoncé avoir découvert une bactérie demeurée endormie dans un cristal de sel pendant250 millionsd'années[53].De nombreux scientifiques sont très réservés vis-à-vis de ce résultat, qui serait plutôt dû à une colonisation récente du cristal[54].

Séjour dans l’espace

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Dans l'espace, les bactéries deviendraient presque trois fois plus virulentes. C'est du moins le cas deSalmonellatyphimurium, une bactérie responsable d'intoxication alimentaire. Celles-ci ont fait un voyage à bord de lanavette Atlantisen 2006. À leur retour, les bactéries qui avaient été conservées dans un récipient étanche, ont été transmises à des souris. Il n'a fallu que le tiers de la dose habituelle pour tuer la moitié du groupe de souris qui avait été infecté[55],[56].

Recherche de bactéries extraterrestres

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On cherche actuellement à savoir s'il a existé une vie bactérienne sur la planèteMars.Certains éléments d'analyse du sol martien semblent s'orienter en ce sens, et la présence abondante d'eau surMarsjadis a peut-être pu constituer un terrain extrêmement favorable au développement de la vie bactérienne, si elle est apparue. Si la chose venait à être confirmée, ce serait un élément important en faveur de l'hypothèse depanspermie.Des chercheurs écossais ont mis en évidence en juin 2017 que le sol de mars éliminait la moindre bactérie. C’est l’interaction entre le rayonnement ultraviolet, les substances oxydantes du sol de Mars, et surtout les perchlorates qui confère à la surface de la Planète rouge sa capacité à éliminer toute bactérie[57].D'autres recherches s'intéressent aussi aux glaces de la lune jovienneEuropequi abritent de l'eau liquide sous leur surface.

Interactions avec d’autres organismes

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En dépit de leur apparente simplicité, les bactéries peuvent entretenir des associations complexes avec d’autres organismes. Ces associations peuvent être répertoriées enparasitisme,mutualismeetcommensalisme.En raison de leurs petites tailles, les bactéries commensales sontubiquitaireset sont rencontrées à la surface et à l’intérieur des plantes et des animaux.

Mutualistes

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Dans le sol, les bactéries de larhizosphère(couche de sol fixée aux racines des plantes) fixent l’azoteet produisent des composés azotés utilisés par les plantes (exemple de la bactérieAzotobacterouFrankia). En échange, la plante excrète au niveau desracinesdes sucres, des acides aminés et des vitamines qui stimulent la croissance des bactéries. D’autres bactéries commeRhizobiumsont associées aux planteslégumineusesau niveau denodositéssur les racines.

Il existe de nombreuses relations symbiotiques ou mutualistes de bactéries avec desinvertébrés.Par exemple, les animaux qui se développent à proximité des cheminées hydrothermales des fonds océaniques comme les vers tubicolesRiftia pachyptila,les moulesBathymodiolusou la crevetteRimicaris exoculatavivent en symbiose avec des bactérieschimioautotrophes.

Buchneraest une bactérieendosymbiotedesaphides(puceron). Elle vit à l'intérieur des cellules de l'insecte et lui fournit des acides aminés essentiels. La bactérieWolbachiaest hébergée dans les testicules ou les ovaires de certains insectes. Cette bactérie peut contrôler les capacités de reproduction de son hôte.

Des bactéries sont associées auxtermiteset leur apportent des sources d'azote et de carbone.

Des bactéries colonisant lapansedesherbivorespermettent la digestion de lacellulosepar ces animaux. La présence de bactéries dans l’intestin humain contribue à la digestion des aliments mais les bactéries fabriquent également desvitaminescomme l’acide folique,lavitamine Ket labiotine[58].

Des bactéries colonisent le jabot d'un oiseau folivore (consommateur de feuilles), leHoazin(Opisthocomus hoazin). Ces bactéries permettent la digestion de la cellulose des feuilles, de la même manière que dans le rumen des ruminants.

Desbactéries bioluminescentescommePhotobacteriumsont souvent associées à des poissons ou des invertébrés marins. Ces bactéries sont hébergées dans des organes spécifiques chez leurs hôtes et émettent une luminescence grâce à une protéine particulière: laluciférase.Cette luminescence est utilisée par l'animal lors de divers comportements comme la reproduction, l'attraction de proies ou la dissuasion de prédateurs.

Dans le corps humain

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Un nombre important de bactéries vit dans le corps humain, environ autant, voire plus, que decellulesle constituant, toutefois leurmassereste infime en comparaison.

Les calculs donnent des résultats variés quant à leur nombre. D'après certaines estimations, 1012bactéries colonisent la peau, 1010bactéries colonisent la bouche et 1014bactéries habitent dans l'intestin[59].D'autres calculs, réalisés par des chercheurs de l'institut Weizmann,indiquent qu'il y a plus de cellules bactériennes (~40 × 1012) que de cellules humaines (~30 × 1012) dans le corps humain[60],[61].

La plupart de ces bactéries sont inoffensives ou bénéfiques pour l’organisme. Il existe cependant de nombreuses espècespathogènesà l'origine de beaucoup demaladies infectieusescomme lecholéra,lasyphilis,lapeste,l’anthrax,latuberculose.

Pathogènes

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Culture deMycobacterium tuberculosis.

Pour l'humain

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Le plus souvent, les maladies bactériennes mortelles sont les infections respiratoires: la tuberculose à elle seule tue environ deux millions de personnes par an, principalement enAfrique subsaharienne[62].Des bactéries peuvent entraîner des troubles respiratoires ou intestinaux alors que d’autres peuvent être responsables de l’infection d'une blessure. Les infections bactériennes peuvent être traitées grâce auxantibiotiques,qui le plus souvent inhibent une de leurs fonctions vitales (par exemple, lapénicillinebloque la synthèse de la paroi cellulaire).

Les bactéries pathogènessont responsables de maladies humaines et causent des infections. Les organismes infectieux peuvent être distingués en trois types: les pathogènes obligatoires, accidentels ou opportunistes.

Un pathogène obligatoire ne peut survivre en dehors de son hôte. Parmi les bactéries pathogènes obligatoires,Corynebacterium diphtheriaeentraîne ladiphtérie,Treponema pallidumest l’agent de lasyphilis,Mycobacterium tuberculosisprovoque latuberculose,Mycobacterium lepraelalèpre,Neisseria gonorrhoeaelagonorrhée.LesRickettsiaà l’origine dutyphussont des bactéries parasites intracellulaires.

Un pathogène accidentel présent dans la nature peut infecter l’humain dans certaines conditions. Par exemple,Clostridium tetaniprovoque letétanosen pénétrant dans une plaie.Vibrio choleraeentraîne lecholéraà la suite de la consommation d’une eau contaminée.

Un pathogène opportuniste infecte des individus affaiblis ou atteints par une autre maladie. Des bactéries commePseudomonas aeruginosa,des espèces de la flore normale, comme desStaphylococcusde la flore cutanée, peuvent devenir des pathogènes opportunistes dans certaines conditions. On rencontre surtout ce type d’infection en milieu hospitalier.

La capacité d’une bactérie à provoquer une maladie est son pouvoir pathogène. L’intensité du pouvoir pathogène est lavirulence.L’aboutissement de la relation bactérie-hôte et l’évolution de la maladie dépendent du nombre de bactéries pathogènes présentes dans l’hôte, de la virulence de cette bactérie, des défenses de l’hôte et de son degré de résistance.

Pour déclencher une maladie, les bactéries infectieuses doivent d’abord pénétrer dans l’organisme et adhérer à untissu.Des facteurs d’adhésion permettent la fixation des bactéries à unecellule.Le pouvoir invasif est la capacité de la bactérie à se répandre et à se multiplier dans les tissus de l’hôte, soit par un processus d'endocytosepermettant leur pénétration intracellulaire, soit pour certaines bactéries en passant entre les cellules des muqueuses afin de coloniser lalamina propriasous-jacente. Les bactéries peuvent produire des substances lytiques leur permettant de se disséminer dans les tissus. Certaines bactéries présentent aussi un pouvoir toxinogène qui est la capacité de produire destoxines,substances chimiques portant préjudice à l’hôte. On peut distinguer lesexotoxineslibérées lors de la multiplication des bactéries et lesendotoxinesfixées dans la membrane des bactéries.

Les bactéries pathogènes tentant d’envahir un hôte rencontrent toutefois de nombreux mécanismes de défense assurant à l’organisme une protection aux infections. Une bonne alimentation et une hygiène de vie correcte constituent une première protection. La peau, les muqueuses forment une première ligne de défense contre la pénétration d’organismes pathogènes. Les bactéries de la flore normale constituent aussi une barrière de protection. Lorsqu’un micro-organisme a pénétré ces premières lignes de défense, il rencontre des cellules spécialisées qui se mobilisent contre l’envahissement: ce sont lesphagocytes.L’inflammationest une réaction défensive non spécifique. Un second système de défense très efficace est lesystème immunitairespécifique, capable de reconnaître desantigènesportés ou sécrétés par les bactéries, et d’élaborer desanticorpset des cellules immunitaires spécifiques de ces antigènes.

En milieu hospitalier, le personnel soignant doit suivre des protocoles de protection (port de la blouse, gants, lunettes en chirurgie…). En cas de contact avec un élément à risque (sang, liquide…), le personnel soignant doit impérativement et au plus tôt se laver les mains avec un produit désinfectant et aseptisant[63].

Pour les plantes

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Lesbactéries pathogènes pour les plantessont connues du grand public pour leur responsabilité dans la dévastation de cultures agricoles. En 2001, les vergers du midi de la France étaient victimes d'une vague d'infection par une bactérie du genreXanthomonas[64].

Enbiotechnologie végétale,la bactérie du sol,Agrobacterium tumefaciens,est utilisée pour sa capacité à transmettre un fragment d'ADNà la plante cible lors de son cycle infectieux.

Importance des bactéries dans l’industrie et les technologies

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Les Procaryotes sont d'importants outils dans le domaine de la biorestauration: on se sert d'organismes pour éliminer des polluants du sol, de l'eau et de l'air. Exemple: Lesarchéesdécomposent la matière organique contenue dans les eaux usées pour la transformer en substance qui peut servir d'engrais. Dans l'industrie minière, les Procaryotes aident à retirer les métaux contenus dans le minéral. L'utilité des Procaryotes provient en grande partie de la diversité de leurs formes de nutrition et de métabolisme[65].

L’origine de la microbiologie industrielle date de l’époquepréhistorique.Les premières civilisations ont utilisé sans le savoir des micro-organismes pour produire desboissons alcoolisées,dupainet dufromage.

Les bactéries commeLactobacillus,LactococcusouStreptococcus,combinées auxlevuresetmoisissuresinterviennent dans l’élaboration d’aliments fermentés comme lesfromages,lesyaourts,labière,levin,lasauce de soja,levinaigre,lachoucroute.

Les bactéries acétiques (Acetobacter,Gluconobacter) peuvent produire de l'acide acétiqueà partir de l'éthanol.Elles se rencontrent dans les jus alcoolisés et sont utilisées dans la production duvinaigre.Elles sont également exploitées pour la production d'acide ascorbique (vitamine C) à partir dusorbitoltransformée ensorbose.

La capacité des bactérieshétérotrophesà dégrader une large variété de composés organiques est exploitée dans des processus de traitement des déchets comme labioremédiationou le traitement des eaux usées. Des bactéries sont également utilisées dans les fosses septiques pour en assurer l'épuration. Des bactéries, capables de dégrader deshydrocarburesdupétrole,peuvent être utilisées lors du nettoyage d'unemarée noire.Le processus de nettoyage de milieux pollués par des micro-organismes est labioremédiation.

Des bactéries peuvent être utilisées pour récupérer des métaux d'intérêts économiques à partir de minerais. C'est labiolixiviation.L'activité de bactéries est ainsi exploitée pour la récupération du cuivre.

Des bactéries peuvent être utilisées à la place depesticidesenlutte biologiquepour combattre des parasites des plantes. Par exemple,Bacillus thuringiensisproduit une protéine Bt qui est toxique pour certainsinsectes.Cette toxine est utilisée enagriculturepour combattre des insectes qui se nourrissent deplantes.

En raison de leur capacité à se multiplier rapidement et de leur relative facilité à être manipulées, certaines bactéries commeEscherichia colisont des outils très utilisés enbiologie moléculaire,génétiqueetbiochimie.Les scientifiques peuvent déterminer la fonction degènes,d’enzymesou identifier desvoies métaboliquesnécessaires à la compréhension fondamentale du vivant et permettant également de mettre en œuvre de nouvelles applications enbiotechnologie.

De nombreusesenzymesutilisées dans divers processus industriels ont été isolées de micro-organismes. Les enzymes desdétergentssont desprotéasesde certaines souches deBacillus.Desamylasescapables d’hydrolyser l’amidon sont très utilisées dans l’industrie alimentaire. LaTaq polyméraseutilisée dans les réactions de polymérisation en chaîne (PCR) pour l’amplification de l’ADN provient d’une bactérie thermophileThermus aquaticus.

Les bactéries génétiquement modifiées sont très utilisées pour la production de produits pharmaceutiques. C’est le cas par exemple de l’insuline,l’hormone de croissance,certainsvaccins,desinterférons…Certaines bactéries commeStreptomycessont très employées pour la production d’antibiotiques.

Certaines bactéries peuvent provoquer une dégradation d'installation (biocorrosion), en particulier lesbactéries sulfato-réductrices.

Traitements médicaux à base de bactéries

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Il existe desbactéries tumoricides,ou bactéries carcinolytiques[66]qui d'un côté sont des pathogènes connus (à part pourBifidobacterium), mais qui ciblent particulièrement les cellules cancéreuses, et font conséquemment partie de traitements effectifs ou expérimentaux contre lecancer.Ce sont un groupe de bactériesanaérobiesfacultatives ou obligatoires (capables de produire de l'adénosine triphosphatelorsque l'oxygène est absent et meurt à des niveaux d'oxygène normaux) pouvant cibler les cellules cancéreuses dans le corps, supprimer la croissance tumorale et survivre dans le corps pendant un certain temps, longtemps même après l'infection. Lorsque des bactéries de ce type sont administrées dans le corps, elles migrent vers les tissus cancéreux et commencent à se développer, puis déploient leurs mécanismes respectifs pour détruire les tumeurs solides.

Chaque espèce de bactérie utilise un processus différent pour éliminer la tumeur. Les bactéries tumoricides courantes comprennent notammentSalmonella,Clostridium,Bifidobacterium,ListeriaetStreptococcus[67].Les premières recherches sur ce type de bactéries ont été mises en évidence en 1813 lorsque les scientifiques ont observé que les patients atteints degangrène gazeuse,une infection causée par la bactérieClostridium,pouvaient engendrer des régressions tumorales[68].

Les bactéries les plus étudiées pour le traitement du cancer sontSalmonella,ListeriaetClostridium.Une souche génétiquement modifiée deSalmonella(TAPET-CD) a terminé les essais cliniques de phase 1 pour les patients atteints d'un cancer métastatique de stade 4[69].Des vaccins anticancéreux à base deListeriasont actuellement produits et font l'objet de nombreux essais cliniques[70].Des essais dephase Ide la soucheClostridiumappeléeClostridium novyi(C. novyi-NT) pour les patients atteints de tumeurs réfractaires au traitement ou de tumeurs qui ne répondent pas au traitement sont actuellement en cours[71].

Pharmacopée bactérienne

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Les bactéries expriment des substances utilisés en médecine, comme l'éthanol.

Alteromonas infernusproduit le polysaccharide GY785 qui peut réparer une lésion de tissu humain (dont os et cartilage), en complément de l'injection decellules souchesdu patient[72].

Représentations dans la fiction

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La pièce de théâtreBílá nemoc(La Maladie blanche) de l'écrivain tchécoslovaqueKarel Čapek[73],publiée en 1937, décrit une épidémie demorbus chengi,une maladie proche de lalèprequi ne s'attaque qu'aux personnes âgées de plus de 45 ans, qu'elle tue en 3 à 5 mois. Face au danger pour la population, le gouvernement dictatorial ne pense qu'à tirer profit de la maladie à des fins politiques.

Le roman de science-fictionLa Variété Andromèdede l'écrivain américainMichael Crichton,paru en 1969, imagine l'arrivée sur Terre d'une bactérie extraterrestre apportée par un astéroïde et qui déclenche des réactions mortelles chez les êtres humains.

Notes et références

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Voir aussi

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Bibliographie

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Articles connexes

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Liens externes

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v·m
Modèle de division duvivanten 7règnes(CoL2015)
Prokaryota
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