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7.1.3 : Température et croissance microbienne - Biologie


Objectifs d'apprentissage

  • Illustrer et décrire brièvement les exigences de température minimale, optimale et maximale pour la croissance
  • Identifier et décrire différentes catégories de microbes avec des exigences de température pour la croissance : psychrophile, psychrotolérant, mésophile, thermophile, hyperthermophile
  • Donner des exemples de micro-organismes dans chaque catégorie de tolérance de température

Lorsque l'exploration du lac Whillans a commencé en Antarctique, les chercheurs ne s'attendaient pas à trouver beaucoup de vie. Des températures constamment inférieures à zéro et le manque de sources évidentes de nutriments ne semblaient pas être des conditions propices à un écosystème prospère. À leur grande surprise, les échantillons récupérés du lac ont montré une vie microbienne abondante. Dans un environnement différent mais tout aussi rude, les bactéries se développent au fond de l'océan dans les bouches d'aération (Figure (PageIndex{1})), où les températures peuvent atteindre 340 °C (700 °F).

Les microbes peuvent être grossièrement classés en fonction de la plage de température à laquelle ils peuvent se développer. Les taux de croissance sont les plus élevés à la température de croissance optimale pour l'organisme. La température la plus basse à laquelle l'organisme peut survivre et se répliquer est sa température minimale de croissance. La température la plus élevée à laquelle la croissance peut se produire est sa température de croissance maximale. Les plages de températures de croissance permissives suivantes ne sont qu'approximatives et peuvent varier en fonction d'autres facteurs environnementaux.

Les organismes classés comme mésophiles (« aimants moyens ») sont adaptés à des températures modérées, avec des températures de croissance optimales allant de la température ambiante (environ 20 °C) à environ 45 °C. Comme on pourrait s'y attendre d'après la température centrale du corps humain, 37 °C (98,6 °F), le microbiote humain normal et les agents pathogènes (par exemple, E. coli, Salmonelle spp., et Lactobacilles spp.) sont mésophiles.

Bien que leurs températures de croissance optimales ressemblent à celles des mésophiles, les organismes psychrotolérants peuvent survivre dans des environnements plus frais, souvent jusqu'à une température de réfrigération d'environ 4 °C. On les trouve dans de nombreux milieux naturels dans les climats tempérés. Ils sont également responsables de la détérioration des aliments réfrigérés.

Les organismes récupérés dans les lacs arctiques tels que le lac Whillans sont considérés comme des psychrophiles extrêmess (aimer le froid). Les psychrophiles sont des micro-organismes qui ont une température de croissance optimale égale ou inférieure à 15 °C et peuvent souvent se développer à 0 °C ou moins. Ils ne survivent généralement pas à des températures supérieures à 20 °C. On les trouve dans des environnements toujours froids comme les eaux profondes des océans. Parce qu'ils sont actifs à basse température, les psychrophiles et les organismes psychrotolérants sont des décomposeurs importants dans les climats froids.

Les organismes qui se développent à des températures optimales de 50 °C à un maximum de 80 °C sont appelés thermophiles (« amoureux de la chaleur »). Ils ne se multiplient pas à température ambiante. Les thermophiles sont largement répandus dans les sources chaudes, les sols géothermiques et les environnements artificiels tels que les tas de compost de jardin où les microbes décomposent les restes de cuisine et les matières végétales. Des exemples de thermophiles comprennent Thermus aquatique et Géobacille spp. Plus haut sur l'échelle des températures extrêmes, nous trouvons les hyperthermophiles, qui se caractérisent par des plages de croissance allant de 80 °C à un maximum de 110 °C, avec quelques exemples extrêmes qui survivent à des températures supérieures à 121 °C, la température moyenne d'un autoclave. Les cheminées hydrothermales au fond de l'océan sont un excellent exemple d'environnements extrêmes, avec des températures atteignant environ 340 °C (Figure (PageIndex{1})). Les microbes isolés des évents atteignent une croissance optimale à des températures supérieures à 100 °C. Des exemples notables sont Pyrobole et Pyrodicte, archées qui poussent à 105 °C et survivent à l'autoclavage. La figure (PageIndex{2}) montre les courbes asymétriques typiques de la croissance dépendante de la température pour les catégories de micro-organismes dont nous avons discuté.

La vie dans des environnements extrêmes soulève des questions fascinantes sur l'adaptation des macromolécules et des processus métaboliques. Les températures très basses affectent les cellules de plusieurs manières. Les membranes perdent leur fluidité et sont endommagées par la formation de cristaux de glace. Les réactions chimiques et la diffusion ralentissent considérablement. Les protéines deviennent trop rigides pour catalyser les réactions et peuvent subir une dénaturation. À l'extrémité opposée du spectre de température, la chaleur dénature les protéines et les acides nucléiques. Une fluidité accrue altère les processus métaboliques dans les membranes. Certaines des applications pratiques des effets destructeurs de la chaleur sur les microbes sont la stérilisation à la vapeur, la pasteurisation et l'incinération des boucles d'inoculation. Les protéines des psychrophiles sont, en général, riches en résidus hydrophobes, présentent une flexibilité accrue et ont un nombre inférieur de liaisons stabilisatrices secondaires par rapport aux protéines homologues des mésophiles. Les protéines antigel et les solutés qui diminuent la température de congélation du cytoplasme sont courants. Les lipides dans les membranes ont tendance à être insaturés pour augmenter la fluidité. Les taux de croissance sont beaucoup plus lents que ceux rencontrés à des températures modérées. Dans des conditions appropriées, les mésophiles et même les thermophiles peuvent survivre au gel. Les cultures liquides de bactéries sont mélangées avec des solutions de glycérol stériles et congelées à -80 °C pour une conservation à long terme en tant que stocks. Les cultures peuvent résister à la lyophilisation (lyophilisation) puis être stockées sous forme de poudres dans des ampoules scellées pour être reconstituées avec du bouillon si nécessaire.

Les macromolécules chez les thermophiles et les hyperthermophiles présentent des différences structurelles notables par rapport à ce qui est observé chez les mésophiles. Le rapport des lipides saturés aux lipides polyinsaturés augmente pour limiter la fluidité des membranes cellulaires. Leurs séquences d'ADN montrent une proportion plus élevée de bases azotées guanine-cytosine, qui sont maintenues ensemble par trois liaisons hydrogène contrairement à l'adénine et à la thymine, qui sont reliées dans la double hélice par deux liaisons hydrogène. Des liaisons ioniques et covalentes secondaires supplémentaires, ainsi que le remplacement d'acides aminés clés pour stabiliser le repliement, contribuent à la résistance des protéines à la dénaturation. Les soi-disant thermoenzymes purifiées à partir de thermophiles ont d'importantes applications pratiques. Par exemple, l'amplification des acides nucléiques dans la réaction en chaîne par polymérase (PCR) dépend de la stabilité thermique de Taq polymérase, une enzyme isolée de T. aquaticus. Les enzymes de dégradation des thermophiles sont ajoutées en tant qu'ingrédients dans les détergents à eau chaude, ce qui augmente leur efficacité.

Exercice (PageIndex{1})

  1. Quelles sont les exigences de température de la plupart des agents pathogènes humains bactériens ?
  2. Quelle adaptation de l'ADN les thermophiles présentent-ils?

Concepts clés et résumé

  • Les micro-organismes se développent dans une large gamme de températures ; ils ont colonisé différents milieux naturels et se sont adaptés à des températures extrêmes. Les températures extrêmement froides et chaudes nécessitent des ajustements évolutifs des macromolécules et des processus biologiques.
  • Psychrophiles poussent mieux dans la plage de température de 0 à 15 °C alors que psychrotrophes prospèrent entre 4°C et 25°C.
  • Mésophiles poussent mieux à des températures modérées comprises entre 20 °C et environ 45 °C. Les agents pathogènes sont généralement mésophiles.
  • Thermophiles et hyperthémophiles sont adaptés à la vie à des températures supérieures à 50 °C.
  • Les adaptations aux températures froides et chaudes nécessitent des changements dans la composition des lipides et des protéines membranaires.


Voir la vidéo: La croissance bactérienne (Janvier 2022).