Les bactéries sont des micro-organismes constitués d’une seule cellule. Une caractéristique des bactéries est l’absence de noyau clairement défini. C’est pourquoi on les appelle « procaryotes », ce qui signifie dénucléarisé.
Actuellement, la science connaît environ dix mille espèces de bactéries, mais on suppose qu'il existe plus d'un million d'espèces de bactéries sur terre. On pense que les bactéries sont les organismes les plus anciens sur Terre. Ils vivent presque partout : dans l’eau, le sol, l’atmosphère et à l’intérieur d’autres organismes.
Apparence
Les bactéries sont très petites et ne peuvent être observées qu’au microscope. La forme des bactéries est très diversifiée. Les formes les plus courantes se présentent sous la forme de bâtons, de boules et de spirales.
Les bactéries en forme de bâtonnet sont appelées « bacilles ».
Les bactéries sous forme de boules sont des coques.
Les bactéries en forme de spirales sont les spirilles.
La forme de la bactérie détermine sa mobilité et sa capacité à s'attacher à une surface particulière.
Structure des bactéries
Les bactéries ont une structure assez simple. Ces organismes ont plusieurs structures principales - nucléoïde, cytoplasme, membrane et paroi cellulaire. De plus, de nombreuses bactéries ont des flagelles à la surface.
Nucléoïde- C'est quelque chose comme un noyau, il contient le matériel génétique de la bactérie. Il se compose d’un seul chromosome, qui ressemble à un anneau.
Cytoplasme entoure le nucléoïde. Le cytoplasme contient des structures importantes - les ribosomes, nécessaires aux bactéries pour synthétiser les protéines.
Membrane, recouvrant le cytoplasme de l'extérieur, joue un rôle important dans la vie de la bactérie. Il délimite le contenu interne de la bactérie du milieu extérieur et assure les processus d'échange entre la cellule et l'environnement.
L'extérieur de la membrane est entouré paroi cellulaire.
Le nombre de flagelles peut varier. Selon les espèces, une bactérie possède de un à mille flagelles, mais il existe des bactéries qui n'en possèdent pas. Les bactéries ont besoin de flagelles pour se déplacer dans l’espace.
Nutrition des bactéries
Les bactéries ont deux types de nutrition. Une partie des bactéries est autotrophe et l’autre est hétérotrophe.
Les autotrophes créent leurs propres nutriments par des réactions chimiques, tandis que les hétérotrophes se nourrissent de substances organiques créées par d'autres organismes.
Reproduction de bactéries
Les bactéries se reproduisent par division. Avant le processus de division, le chromosome situé à l’intérieur de la bactérie double. La cellule se divise alors en deux. Le résultat est deux cellules filles identiques, chacune recevant une copie du chromosome de la mère.
L'importance des bactéries
Les bactéries jouent un rôle essentiel dans le cycle des substances dans la nature : elles transforment les résidus organiques en substances inorganiques. S’il n’y avait pas de bactéries, la terre entière serait couverte d’arbres tombés, de feuilles mortes et d’animaux morts.
Les bactéries jouent un double rôle dans la vie humaine. Certaines bactéries sont très bénéfiques, tandis que d'autres causent des dommages importants.
De nombreuses bactéries sont pathogènes et provoquent diverses maladies, telles que la diphtérie, la typhoïde, la peste, la tuberculose, le choléra et autres.
Cependant, il existe des bactéries bénéfiques pour les humains. C'est ainsi que vivent les bactéries dans le système digestif humain, qui contribuent à une digestion normale. Et les bactéries lactiques sont utilisées depuis longtemps par l'homme pour produire des produits à base d'acide lactique - fromages, yaourts, kéfir, etc. Les bactéries jouent également un rôle important dans la fermentation des légumes et la production de vinaigre.
Brèves informations sur les bactéries.
En microscopie électronique de coupes ultrafines, la membrane cytoplasmique est une membrane à trois couches (2 couches sombres de 2,5 nm d'épaisseur sont séparées par une couche intermédiaire claire). Dans sa structure, il est similaire au plasmalemme des cellules animales et consiste en une double couche de phospholipides avec une surface intégrée et des protéines intégrales, comme si elle pénétrait à travers la structure de la membrane. Avec une croissance excessive (par rapport à la croissance de la paroi cellulaire), la membrane cytoplasmique forme des invaginations - des invaginations sous la forme de structures membranaires torsadées complexes, appelées mésosomes. Les structures moins complexes sont appelées membranes intracytoplasmiques.
Cytoplasme
Le cytoplasme est constitué de protéines solubles, d'acides ribonucléiques, d'inclusions et de nombreux petits granules - les ribosomes, responsables de la synthèse (traduction) des protéines. Les ribosomes bactériens ont une taille d'environ 20 nm et un coefficient de sédimentation de 70S, contrairement aux ribosomes 80S caractéristiques des cellules eucaryotes. Les ARN ribosomiques (ARNr) sont des éléments conservés des bactéries (l’« horloge moléculaire » de l’évolution). L’ARNr 16S fait partie de la petite sous-unité ribosomale et l’ARNr 23S fait partie de la grande sous-unité ribosomale. L'étude de l'ARNr 16S est à la base de la systématique des gènes, permettant d'évaluer le degré de parenté des organismes.
Le cytoplasme contient diverses inclusions sous forme de granules de glycogène, de polysaccharides, d'acide bêta-hydroxybutyrique et de polyphosphates (volutine). Ce sont des substances de réserve pour les besoins nutritionnels et énergétiques des bactéries. La volutine a une affinité pour les colorants basiques et est facilement détectée à l'aide de méthodes de coloration spéciales (par exemple Neisser) sous forme de granules métachromatiques. La disposition caractéristique des granules de volutine est révélée dans le bacille diphtérique sous la forme de pôles cellulaires intensément colorés.
Nucléoïde
Le nucléoïde est l'équivalent d'un noyau chez les bactéries. Il est situé dans la zone centrale des bactéries sous forme d'ADN double brin, fermé en anneau et serré comme une boule. Le noyau des bactéries, contrairement aux eucaryotes, ne possède pas d'enveloppe nucléaire, de nucléole et de protéines basiques (histones). Généralement, une cellule bactérienne contient un chromosome, représenté par une molécule d'ADN fermée dans un anneau.
En plus du nucléoïde, représenté par un chromosome, la cellule bactérienne contient des facteurs extrachromosomiques de l'hérédité - des plasmides, qui sont des anneaux d'ADN fermés de manière covalente.
Capsule, microcapsule, mucus
La capsule est une structure muqueuse de plus de 0,2 µm d'épaisseur, fermement reliée à la paroi cellulaire bactérienne et possédant des limites externes clairement définies. La capsule est visible sur les frottis d'empreinte de matériel pathologique. Dans les cultures bactériennes pures, la capsule se forme moins fréquemment. Il est détecté par des méthodes spéciales de coloration d'un frottis (par exemple, selon Burri-Gins), qui créent un contraste négatif des substances de la capsule : l'encre crée un fond sombre autour de la capsule. La capsule est constituée de polysaccharides (exopolysaccharides), parfois de polypeptides, par exemple, chez le bacille charbonneux elle est constituée de polymères d'acide D-glutamique. La capsule est hydrophile et empêche la phagocytose des bactéries. La capsule est antigénique : les anticorps dirigés contre la capsule provoquent son hypertrophie (réaction de gonflement de la capsule).
De nombreuses bactéries forment une microcapsule – une formation muqueuse de moins de 0,2 micron d’épaisseur, détectable uniquement par microscopie électronique. Il faut distinguer de la capsule les exopolysaccharides mucoïdes, qui n'ont pas de limites claires. Le mucus est soluble dans l'eau.
Les exopolysaccharides bactériens sont impliqués dans l'adhésion (collage aux substrats) ; ils sont également appelés glycocalyx. Outre la synthèse
exopolysaccharides par les bactéries, il existe un autre mécanisme pour leur formation : par l'action des enzymes extracellulaires des bactéries sur les disaccharides. En conséquence, des dextranes et des levans se forment.
Flagelles
Les flagelles bactériens déterminent la motilité de la cellule bactérienne. Les flagelles sont de minces filaments provenant de la membrane cytoplasmique et sont plus longs que la cellule elle-même. L'épaisseur des flagelles est de 12 à 20 nm et leur longueur de 3 à 15 µm. Ils sont constitués de 3 parties : un filament en spirale, un crochet et un corps basal contenant un bâtonnet avec des disques spéciaux (1 paire de disques chez les bactéries à Gram positif et 2 paires de disques chez les bactéries à Gram négatif). Les flagelles sont attachés à la membrane cytoplasmique et à la paroi cellulaire par des disques. Cela crée l'effet d'un moteur électrique avec une tige de moteur qui fait tourner le flagelle. Les flagelles sont constitués d'une protéine - flagelline (de flagelle - flagelle); est un antigène H. Les sous-unités flagellines sont tordues en spirale.
Le nombre de flagelles chez les bactéries de diverses espèces varie d'un (monotrich) chez Vibrio cholerae à des dizaines et des centaines de flagelles s'étendant le long du périmètre de la bactérie (peritrich) chez Escherichia coli, Proteus, etc. Les Lophotrichs ont un faisceau de flagelles en un fin de la cellule. L'amphitrichie a un flagelle ou un faisceau de flagelles aux extrémités opposées de la cellule.
Buvait
Les pili (fimbriae, villosités) sont des formations filiformes, plus fines et plus courtes (3-10 nm x 0,3-10 µm) que les flagelles. Les pili s'étendent à partir de la surface cellulaire et sont constitués de la protéine piline, qui a une activité antigénique. Il existe des pili responsables de l'adhésion, c'est-à-dire de la fixation des bactéries à la cellule affectée, ainsi que des pili responsables de la nutrition, du métabolisme eau-sel et des pili sexuels (F-pili) ou de conjugaison. Les pili sont nombreux – plusieurs centaines par cellule. Cependant, il y a généralement 1 à 3 pili sexuels par cellule : ils sont formés de cellules donneuses dites « mâles » contenant des plasmides transmissibles (plasmides F-, R-, Col). Une caractéristique distinctive des pili sexuels est l’interaction avec des bactériophages sphériques « mâles » spéciaux, qui sont intensément adsorbés sur les pili sexuels.
Controverse
Les spores sont une forme particulière de bactéries firmicutes au repos, c'est-à-dire bactéries
avec une structure de paroi cellulaire de type Gram positif. Les spores se forment dans des conditions défavorables à l'existence des bactéries (séchage, carence en nutriments, etc.). Une spore (endospore) se forme à l'intérieur de la cellule bactérienne. La formation de spores contribue à la préservation de l'espèce et ne constitue pas un mode de reproduction. , comme les champignons. Les bactéries sporulées du genre Bacillus ont des spores ne dépassant pas le diamètre de la cellule. Les bactéries dans lesquelles la taille de la spore dépasse le diamètre de la cellule sont appelées clostridies, par exemple les bactéries du genre Clostridium ( lat. Clostridium - fuseau).
La forme des spores peut être ovale, sphérique ; l'emplacement dans la cellule est terminal, c'est-à-dire à l'extrémité du bâton (dans l'agent causal du tétanos), subterminal - plus proche de l'extrémité du bâton (dans les agents responsables du botulisme, de la gangrène gazeuse) et central (dans le bacille charbonneux). La spore persiste longtemps en raison de la présence d'une coque multicouche, de dipicolinate de calcium, d'une faible teneur en eau et de processus métaboliques lents. Dans des conditions favorables, les spores germent en passant par trois étapes successives : activation, initiation, germination.
Morphologie des bactéries, structure d'une cellule procaryote.
Dans les cellules procaryotes, il n’y a pas de frontière claire entre le noyau et le cytoplasme, ni de membrane nucléaire. L'ADN de ces cellules ne forme pas de structures similaires aux chromosomes eucaryotes. Par conséquent, les processus de mitose et de méiose ne se produisent pas chez les procaryotes. La plupart des procaryotes ne forment pas d'organites intracellulaires délimitées par des membranes. De plus, les cellules procaryotes ne possèdent ni mitochondries ni chloroplastes.
Bactéries, en règle générale, sont des organismes unicellulaires, leur cellule a une forme assez simple, une boule ou un cylindre, parfois courbée. Les bactéries se reproduisent principalement en se divisant en deux cellules égales.
bactéries sphériques sont appelés coques et peut être sphérique, ellipsoïdale, en forme de haricot et lancéolée.
En fonction de l'emplacement des cellules les unes par rapport aux autres après division, les coques sont divisées en plusieurs formes. Si, après la division, les cellules divergent et sont situées individuellement, ces formes sont alors appelées monocoques. Parfois, les cocci, en se divisant, forment des grappes ressemblant à une grappe de raisin. Des formes similaires font référence à staphylocoque. Les coques qui restent en paires connectées après division dans un plan sont appelées diplocoques, et les générateurs de différentes longueurs de chaîne sont streptocoques. Les combinaisons de quatre coques qui apparaissent après la division cellulaire dans deux plans mutuellement perpendiculaires représentent tétracoques. Certains cocci se divisent en trois plans mutuellement perpendiculaires, ce qui conduit à la formation d'amas particuliers de forme cubique appelés sardines.
La plupart des bactéries ont cylindrique, ou en forme de tige, forme. Les bactéries en forme de bâtonnet qui forment des spores sont appelées bacilles, et ne formant pas de spores - bactéries.
Les bactéries en forme de bâtonnet diffèrent par leur forme, leur taille, leur longueur et leur diamètre, la forme des extrémités de la cellule, ainsi que leur position relative. Ils peuvent être cylindriques avec des extrémités droites ou ovales avec des extrémités arrondies ou pointues. Les bactéries peuvent également être légèrement courbées, on trouve des formes filamenteuses et ramifiées (par exemple, les mycobactéries et les actinomycètes).
En fonction de la disposition relative des cellules individuelles après division, les bactéries en forme de bâtonnets sont divisées en bâtonnets eux-mêmes (arrangement unique de cellules), diplobactéries ou diplobacilles (arrangement de cellules en paires), streptobactéries ou streptobacilles (forment des chaînes de différentes longueurs). On trouve souvent des bactéries froissées ou en forme de spirale. Ce groupe comprend les spirilles (du latin spira - curl), qui ont la forme de longues tiges recourbées (de 4 à 6 tours), et les vibrions (latin vibrio - je plie), qui ne font que 1/4 de tour de spirale. , semblable à une virgule .
On connaît des formes filamenteuses de bactéries qui vivent dans les plans d'eau. En plus de celles énumérées, il existe des bactéries multicellulaires qui portent des excroissances éthiques à la surface de la cellule protoplasmique - des bactéries prosthéques, triangulaires et en forme d'étoile, ainsi que celles en forme d'anneau fermé et ouvert et des bactéries en forme de ver.
Les cellules bactériennes sont très petites. Ils sont mesurés en micromètres et les détails de la structure fine en nanomètres. Les coques ont généralement un diamètre d'environ 0,5 à 1,5 microns. La largeur des formes de bactéries en forme de bâtonnet (cylindriques) varie dans la plupart des cas de 0,5 à 1 micron et la longueur est de plusieurs micromètres (2-10). Les petites tiges ont une largeur de 0,2 à 0,4 et une longueur de 0,7 à 1,5 microns. Parmi les bactéries, il peut aussi y avoir de véritables géants, dont la longueur atteint des dizaines, voire des centaines de micromètres. Les formes et tailles des bactéries varient considérablement en fonction de l'âge de la culture, de la composition du milieu et de ses propriétés osmotiques, de la température et d'autres facteurs.
Parmi les trois principales formes de bactéries, les coques sont les plus stables en taille ; les bactéries en forme de bâtonnet sont plus variables, la longueur des cellules changeant de manière particulièrement significative.
Une cellule bactérienne placée à la surface d’un milieu nutritif solide se développe et se divise, formant une colonie de bactéries descendantes. Après quelques heures de croissance, la colonie est déjà constituée d'un si grand nombre de cellules qu'elle est visible à l'œil nu. Les colonies peuvent avoir une consistance visqueuse ou pâteuse et, dans certains cas, elles sont pigmentées. Parfois, l'aspect des colonies est si caractéristique qu'il permet d'identifier les micro-organismes sans trop de difficultés.
Fondements de la physiologie bactérienne.
En termes de composition chimique, les micro-organismes diffèrent peu des autres cellules vivantes.
L'eau représente 75 à 85 % et les produits chimiques y sont dissous.
Matière sèche 15-25%, contient des composés organiques et minéraux
Nutrition des bactéries. Les nutriments pénètrent dans la cellule bactérienne de plusieurs manières et dépendent de la concentration des substances, de la taille des molécules, du pH de l'environnement, de la perméabilité de la membrane, etc. Par type de nourriture les micro-organismes sont divisés en :
autotrophes - synthétisent toutes les substances contenant du carbone à partir du CO2 ;
hétérotrophes – utilisent des substances organiques comme source de carbone ;
saprophytes - se nourrissent de matière organique provenant d'organismes morts;
Respiration des bactéries. La respiration, ou oxydation biologique, est basée sur des réactions redox qui se produisent lors de la formation d'une molécule d'ATP. En ce qui concerne l'oxygène moléculaire, les bactéries peuvent être divisées en trois groupes principaux :
aérobies obligatoires - ne peuvent se développer qu'en présence d'oxygène ;
anaérobies obligatoires - poussent dans un milieu sans oxygène, ce qui est toxique pour eux ;
Anaérobies facultatifs - peuvent se développer avec ou sans oxygène.
Croissance et reproduction des bactéries. La plupart des procaryotes se reproduisent par fission binaire, moins fréquemment par bourgeonnement et fragmentation. Les bactéries se caractérisent généralement par un taux de reproduction élevé. Le temps de division cellulaire chez diverses bactéries varie assez considérablement : de 20 minutes pour E. coli à 14 heures pour Mycobacterium tuberculosis. Sur un milieu nutritif solide, les bactéries forment des amas de cellules appelées colonies.
Enzymes bactériennes. Les enzymes jouent un rôle important dans le métabolisme des micro-organismes. Il y a:
endoenzymes - localisées dans le cytoplasme des cellules ;
exoenzymes - libérées dans l'environnement.
Les enzymes d'agression détruisent les tissus et les cellules, provoquant une large diffusion des microbes et de leurs toxines dans les tissus infectés. Les propriétés biochimiques des bactéries sont déterminées par la composition des enzymes :
saccharolytique – dégradation des glucides ;
protéolytique – dégradation des protéines,
lipolytique – dégradation des graisses,
et constituent un élément de diagnostic important dans l'identification des micro-organismes.
Pour de nombreux micro-organismes pathogènes, la température optimale est de 37°C et le pH de 7,2 à 7,4.
Eau. L'importance de l'eau pour les bactéries. L'eau représente environ 80 % de la masse des bactéries. La croissance et le développement des bactéries dépendent obligatoirement de la présence d'eau, puisque toutes les réactions chimiques se produisant dans les organismes vivants se réalisent en milieu aquatique. Pour la croissance et le développement normaux des micro-organismes, la présence d’eau dans l’environnement est nécessaire.
Pour les bactéries, la teneur en eau du substrat doit être supérieure à 20 %. L'eau doit être sous une forme accessible : en phase liquide dans la plage de température de 2 à 60°C ; cet intervalle est connu sous le nom de zone biocinétique. Bien que l'eau soit chimiquement très stable, les produits de son ionisation - les ions H+ et OH" ont une très grande influence sur les propriétés de presque tous les composants de la cellule (protéines, acides nucléiques, lipides, etc.). Ainsi, l'activité catalytique des enzymes dépend en grande partie de la concentration en ions H+ et OH. »
La fermentation est le principal moyen par lequel les bactéries obtiennent de l’énergie.
La fermentation est un processus métabolique qui aboutit à la formation d’ATP, et les donneurs et accepteurs d’électrons sont des produits formés au cours de la fermentation elle-même.
La fermentation est le processus de dégradation enzymatique des substances organiques, principalement des glucides, se déroulant sans utilisation d'oxygène. Il sert de source d’énergie pour la vie du corps et joue un rôle important dans le cycle des substances et dans la nature. Certains types de fermentation provoqués par des micro-organismes (alcoolique, acide lactique, acide butyrique, acide acétique) sont utilisés dans la production d'alcool éthylique, de glycérine et d'autres produits techniques et alimentaires.
Fermentation alcoolique(effectuée par la levure et certains types de bactéries), au cours de laquelle le pyruvate est décomposé en éthanol et en dioxyde de carbone. Une molécule de glucose donne deux molécules d’alcool (éthanol) et deux molécules de dioxyde de carbone. Ce type de fermentation est très important dans la production de pain, le brassage, la vinification et la distillation.
Fermentation lactique, au cours de laquelle le pyruvate est réduit en acide lactique, est réalisée par des bactéries lactiques et d'autres organismes. Lorsque le lait est fermenté, les bactéries lactiques transforment le lactose en acide lactique, transformant ainsi le lait en produits laitiers fermentés (yaourt, lait caillé, etc.) ; L'acide lactique donne à ces produits un goût aigre.
La fermentation lactique se produit également dans les muscles des animaux lorsque le besoin en énergie est supérieur à celui fourni par la respiration et que le sang n'a pas le temps de délivrer de l'oxygène.
La sensation de brûlure dans les muscles lors d'un exercice intense est en corrélation avec la production d'acide lactique et le passage à la glycolyse anaérobie, car l'oxygène est converti en dioxyde de carbone par la glycolyse aérobie plus rapidement que le corps ne se reconstitue en oxygène ; et les douleurs musculaires après l'exercice sont causées par un microtraumatisme des fibres musculaires. Le corps passe à cette méthode moins efficace mais plus rapide de production d’ATP en cas de manque d’oxygène. Le foie se débarrasse ensuite de l’excès de lactate, le reconvertissant en pyruvate intermédiaire glycolytique important.
Fermentation à l'acide acétique réalisée par de nombreuses bactéries. Le vinaigre (acide acétique) est le résultat direct de la fermentation bactérienne. Lors du décapage des aliments, l'acide acétique protège les aliments des bactéries pathogènes et pourrissantes.
Acide butyrique la fermentation conduit à la formation d'acide butyrique ; ses agents responsables sont certaines bactéries anaérobies du genre Clostridium.
Reproduction de bactéries.
Certaines bactéries n'ont pas de processus sexuel et se reproduisent uniquement par fission transversale binaire égale ou bourgeonnement. Pour un groupe de cyanobactéries unicellulaires, des fissions multiples (une série de divisions binaires successives rapides conduisant à la formation de 4 à 1 024 nouvelles cellules) ont été décrites. Pour assurer la plasticité du génotype nécessaire à l'évolution et à l'adaptation à un environnement changeant, ils disposent d'autres mécanismes.
Lors de la division, la plupart des bactéries à Gram positif et des cyanobactéries filamenteuses synthétisent un septum transversal de la périphérie vers le centre avec la participation de mésosomes. Les bactéries à Gram négatif se divisent par constriction : au site de division, une courbure croissante vers l'intérieur du CPM et de la paroi cellulaire est détectée. Lors du bourgeonnement, un bourgeon se forme et grandit à l'un des pôles de la cellule mère ; la cellule mère montre des signes de vieillissement et ne peut généralement pas produire plus de 4 cellules filles. Le bourgeonnement se produit dans différents groupes de bactéries et est probablement apparu plusieurs fois au cours de l'évolution.
Chez d'autres bactéries, en plus de la reproduction, le processus sexuel est observé, mais sous la forme la plus primitive. Le processus sexuel des bactéries diffère du processus sexuel des eucaryotes en ce sens que les bactéries ne forment pas de gamètes et que la fusion cellulaire ne se produit pas. Le mécanisme de recombinaison chez les procaryotes. Cependant, l'événement le plus important du processus sexuel, à savoir l'échange de matériel génétique, se produit également dans ce cas. C'est ce qu'on appelle la recombinaison génétique. Une partie de l'ADN (très rarement la totalité de l'ADN) de la cellule donneuse est transférée vers une cellule receveuse dont l'ADN est génétiquement différent de celui du donneur. Dans ce cas, l’ADN transféré remplace une partie de l’ADN du destinataire. Le processus de remplacement de l’ADN implique des enzymes qui divisent et rejoignent les brins d’ADN. Cela produit un ADN contenant les gènes des deux cellules parentales. Cet ADN est dit recombinant. La progéniture, ou recombinants, présente des variations marquées de caractères dues aux changements de gènes. Cette variété de caractères est très importante pour l’évolution et constitue le principal avantage du processus sexuel.
Il existe 3 méthodes connues pour obtenir des recombinants. Ce sont - dans l'ordre de leur découverte - la transformation, la conjugaison et la transduction.
Origine des bactéries.
Les bactéries, avec les archées, ont été parmi les premiers organismes vivants sur Terre, apparues il y a environ 3,9 à 3,5 milliards d'années. Les relations évolutives entre ces groupes n'ont pas encore été entièrement étudiées ; il existe au moins trois hypothèses principales : N. Pace suggère qu'ils ont un ancêtre commun des protobactéries ; Zavarzin considère les archées comme une branche sans issue de l'évolution des eubactéries ; a maîtrisé les habitats extrêmes; enfin, selon la troisième hypothèse, les archées seraient les premiers organismes vivants dont sont issues les bactéries.
Les eucaryotes sont apparus à la suite de la symbiogenèse de cellules bactériennes beaucoup plus tard : il y a environ 1,9 à 1,3 milliards d'années. L'évolution des bactéries est caractérisée par un biais physiologique et biochimique prononcé : avec la relative pauvreté des formes de vie et la structure primitive, elles maîtrisent presque tous les processus biochimiques actuellement connus. La biosphère procaryote disposait déjà de tous les moyens de transformation de la matière actuellement existants. Les eucaryotes, y ayant pénétré, n'ont modifié que les aspects quantitatifs de leur fonctionnement, mais pas les aspects qualitatifs ; à de nombreuses étapes des cycles des éléments, les bactéries conservent toujours une position de monopole ;
Certaines des bactéries les plus anciennes sont des cyanobactéries. Dans les roches formées il y a 3,5 milliards d'années, des produits de leur activité vitale ont été trouvés - des preuves incontestables de l'existence de cyanobactéries remontent à 2,2 à 2,0 milliards d'années. Grâce à eux, l'oxygène a commencé à s'accumuler dans l'atmosphère, qui a atteint il y a 2 milliards d'années des concentrations suffisantes pour le début de la respiration aérobie. Les formations caractéristiques du Metallogenium aérobie obligatoire remontent à cette époque.
L’apparition d’oxygène dans l’atmosphère (catastrophe de l’oxygène) a porté un coup dur aux bactéries anaérobies. Soit ils disparaissent, soit ils se déplacent vers des zones sans oxygène localement préservées. La diversité globale des espèces de bactéries diminue à cette époque.
On suppose qu’en raison de l’absence de processus sexuel, l’évolution des bactéries suit un mécanisme complètement différent de celui des eucaryotes. Le transfert horizontal constant de gènes conduit à des ambiguïtés dans l'image des connexions évolutives ; l'évolution se déroule extrêmement lentement (et, peut-être, s'est complètement arrêtée avec l'avènement des eucaryotes), mais dans des conditions changeantes, il y a une redistribution rapide des gènes entre les cellules avec un patrimoine génétique commun constant. piscine.
Systématique des bactéries.
Le rôle des bactéries dans la nature et dans la vie humaine.
Les bactéries jouent un rôle important sur Terre. Ils participent activement au cycle des substances dans la nature. Tous les composés organiques et une partie importante des composés inorganiques subissent des changements importants à l'aide de bactéries. Ce rôle dans la nature est d’une importance mondiale. Apparus sur Terre plus tôt que tous les organismes (il y a plus de 3,5 milliards d'années), ils ont créé la coquille vivante de la Terre et continuent de traiter activement la matière organique vivante et morte, impliquant les produits de leur métabolisme dans le cycle des substances. Le cycle des substances dans la nature est à la base de l’existence de la vie sur Terre.
La décomposition de tous les résidus végétaux et animaux ainsi que la formation d'humus et d'humus sont également réalisées principalement par des bactéries. Les bactéries sont un puissant facteur biotique dans la nature.
Le travail de formation du sol des bactéries est d'une grande importance. Le premier sol de notre planète a été créé par des bactéries. Cependant, même à notre époque, l’état et la qualité du sol dépendent du fonctionnement des bactéries du sol. Les bactéries nodulaires dites fixatrices d'azote, symbiotes des légumineuses, sont particulièrement importantes pour la fertilité des sols. Ils saturent le sol de précieux composés azotés.
Les bactéries purifient les eaux usées sales en décomposant la matière organique et en la transformant en matière inorganique inoffensive. Cette propriété des bactéries est largement utilisée dans les stations d’épuration.
Dans de nombreux cas, les bactéries peuvent être nocives pour les humains. Ainsi, les bactéries saprotrophes gâtent les produits alimentaires. Pour protéger les produits de la détérioration, ils sont soumis à des traitements particuliers (ébullition, stérilisation, congélation, séchage, nettoyage chimique, etc.). Si cela n'est pas fait, une intoxication alimentaire peut survenir.
Parmi les bactéries, il existe de nombreuses espèces pathogènes qui provoquent des maladies chez les humains, les animaux ou les plantes. La fièvre typhoïde est causée par la bactérie Salmonella, tandis que la dysenterie est causée par la bactérie Shigella. Les bactéries pathogènes se propagent dans l'air par les gouttelettes de salive d'une personne malade lors des éternuements, de la toux et même lors d'une conversation normale (diphtérie, coqueluche). Certaines bactéries pathogènes sont très résistantes au séchage et persistent longtemps dans la poussière (bacille tuberculeux). Les bactéries du genre Clostridium vivent dans la poussière et le sol - les agents responsables de la gangrène gazeuse et du tétanos. Certaines maladies bactériennes se transmettent par contact physique avec une personne malade (maladies sexuellement transmissibles, lèpre). Les bactéries pathogènes sont souvent transmises à l'homme par ce qu'on appelle des vecteurs. Par exemple, les mouches, rampant dans les eaux usées, collectent des milliers de bactéries pathogènes sur leurs pattes, puis les laissent sur les aliments consommés par les humains.
Bactéries est une forme très simple de vie végétale composée d’une seule cellule vivante. La reproduction s'effectue par division cellulaire. Une fois arrivée à maturité, la bactérie se divise en deux cellules égales. À leur tour, chacune de ces cellules atteint sa maturité et se divise également en deux cellules égales. Dans des conditions idéales bactérie atteint sa maturité et se reproduit en moins de 20 à 30 minutes. À ce rythme de reproduction, une bactérie pourrait théoriquement produire 34 000 milliards de descendants en 24 heures ! Heureusement, le cycle de vie des bactéries est relativement court, de quelques minutes à quelques heures. Par conséquent, même dans des conditions idéales, ils ne peuvent pas se reproduire à un tel rythme.Taux de croissance et croissance bactérienne et d'autres micro-organismes dépend des conditions environnementales. La température, la lumière, l’oxygène, l’humidité et le pH (niveau d’acidité ou d’alcalinité), ainsi que la nutrition, influencent le taux de croissance bactérienne. Parmi ceux-ci, la température intéresse particulièrement les techniciens et les ingénieurs. Pour chaque type de bactérie, il existe une température minimale à laquelle elle peut se développer. En dessous de ce seuil, les bactéries hibernent et sont incapables de se reproduire. Exactement la même chose pour chacun types de bactéries il existe un seuil de température maximum. Aux températures supérieures à cette limite, les bactéries sont détruites. Entre ces limites se trouve la température optimale à laquelle les bactéries se multiplient à vitesse maximale. La température optimale pour la plupart des bactéries qui se nourrissent de déjections animales et de tissus animaux et végétaux morts (saprophytes) est de 24 à 30°C. La température optimale pour la plupart des bactéries responsables d’infections et de maladies chez l’hôte (bactéries pathogènes) est d’environ 38°C. Dans la plupart des cas, vous pouvez réduire considérablement taux de croissance bactérienne, si l'environnement. Enfin, il existe plusieurs variétés de bactéries qui se développent mieux à la température de l’eau, tandis que d’autres se développent à des températures glaciales.
Ajout à ce qui précède
Origine, évolution, place dans le développement de la vie sur Terre
Les bactéries, avec les archées, ont été parmi les premiers organismes vivants sur Terre, apparues il y a environ 3,9 à 3,5 milliards d'années. Les relations évolutives entre ces groupes n'ont pas encore été entièrement étudiées ; il existe au moins trois hypothèses principales : N. Pace suggère qu'ils ont un ancêtre commun des protobactéries ; Zavarzin considère les archées comme une branche sans issue de l'évolution des eubactéries ; a maîtrisé les habitats extrêmes; enfin, selon la troisième hypothèse, les archées seraient les premiers organismes vivants dont sont issues les bactéries.Les eucaryotes sont apparus à la suite de la symbiogenèse de cellules bactériennes beaucoup plus tard : il y a environ 1,9 à 1,3 milliards d'années. L'évolution des bactéries est caractérisée par un biais physiologique et biochimique prononcé : avec la relative pauvreté des formes de vie et la structure primitive, elles maîtrisent presque tous les processus biochimiques actuellement connus. La biosphère procaryote disposait déjà de tous les moyens de transformation de la matière actuellement existants. Les eucaryotes, y ayant pénétré, n'ont modifié que les aspects quantitatifs de leur fonctionnement, mais pas les aspects qualitatifs ; à de nombreux stades des éléments, les bactéries conservent toujours une position de monopole ;
Certaines des bactéries les plus anciennes sont des cyanobactéries. Dans les roches formées il y a 3,5 milliards d'années, des produits de leur activité vitale ont été trouvés - des preuves incontestables de l'existence de cyanobactéries remontent à 2,2 à 2,0 milliards d'années. Grâce à eux, l'oxygène a commencé à s'accumuler dans l'atmosphère, qui a atteint il y a 2 milliards d'années des concentrations suffisantes pour le début de la respiration aérobie. Les formations caractéristiques du Metallogenium aérobie obligatoire remontent à cette époque.
L’apparition d’oxygène dans l’atmosphère a porté un coup dur aux bactéries anaérobies. Soit ils disparaissent, soit ils se déplacent vers des zones sans oxygène localement préservées. La diversité globale des espèces de bactéries diminue à cette époque.
On suppose qu’en raison de l’absence de processus sexuel, l’évolution des bactéries suit un mécanisme complètement différent de celui des eucaryotes. Le transfert horizontal constant de gènes conduit à des ambiguïtés dans l'image des connexions évolutives ; l'évolution se déroule extrêmement lentement (et, peut-être, s'est complètement arrêtée avec l'avènement des eucaryotes), mais dans des conditions changeantes, il y a une redistribution rapide des gènes entre les cellules avec un patrimoine génétique commun constant. piscine.
Structure
La grande majorité des bactéries (à l’exception des actinomycètes et des cyanobactéries filamenteuses) sont unicellulaires. Selon la forme des cellules, elles peuvent être rondes (cocci), en forme de bâtonnet (bacilles, clostridies, pseudomonades), alambiquées (vibrios, spirille, spirochètes), moins souvent - étoilées, tétraédriques, cubiques, C- ou O- en forme de. La forme détermine les capacités des bactéries telles que l’attachement à la surface, la mobilité et l’absorption des nutriments. Il a été observé, par exemple, que les oligotrophes, c'est-à-dire les bactéries vivant avec une faible teneur en nutriments dans l'environnement, s'efforcent d'augmenter le rapport surface/volume, par exemple en formant des excroissances (appelées prostek ).Parmi les structures cellulaires obligatoires, on en distingue trois :
- nucléoïde
- ribosomes
- membrane cytoplasmique (CPM)
Structure du protoplaste
Le CPM limite le contenu de la cellule (cytoplasme) à l'environnement extérieur. La fraction homogène du cytoplasme, contenant un ensemble d'ARN solubles, de protéines, de produits et de substrats de réactions métaboliques, est appelée cytosol. L'autre partie du cytoplasme est représentée par divers éléments structurels.L'une des principales différences entre une cellule bactérienne et une cellule eucaryote est l'absence de membrane nucléaire et, à proprement parler, l'absence générale de membranes intracytoplasmiques qui ne sont pas des dérivés du CPM. Cependant, différents groupes de procaryotes (particulièrement souvent des bactéries à Gram positif) présentent des invaginations locales des CPM - mésosomes, qui remplissent diverses fonctions dans la cellule et la divisent en parties fonctionnellement différentes. De nombreuses bactéries photosynthétiques possèdent un réseau développé de membranes photosynthétiques dérivées du CPM. Chez les bactéries violettes, ils ont conservé une connexion avec le CPM, qui est facilement détectable dans des coupes au microscope électronique ; chez les cyanobactéries, cette connexion est soit difficile à détecter, soit a été perdue au cours du processus d'évolution. Selon les conditions et l'âge de la culture, les membranes photosynthétiques forment diverses structures - vésicules, chromatophores, thylakoïdes.
Toutes les informations génétiques nécessaires à la vie des bactéries sont contenues dans un seul ADN (chromosome bactérien), le plus souvent sous la forme d'un anneau fermé de manière covalente (on trouve des chromosomes linéaires chez Streptomyces et Borrelia). Il est attaché au CPM en un point et est placé dans une structure distincte du cytoplasme, mais non séparée par une membrane, et est appelée nucléoïde. L'ADN déplié mesure plus de 1 mm de long. Le chromosome bactérien est généralement présenté en un seul exemplaire, c'est-à-dire que presque tous les procaryotes sont haploïdes, bien que dans certaines conditions, une cellule puisse contenir plusieurs copies de son chromosome, et Burkholderia cepacia possède trois chromosomes en anneau différents (longueur 3,6, 3,2 et 1,1 millions). paires de nucléotides). Les ribosomes des procaryotes sont également différents de ceux des eucaryotes et ont une constante de sédimentation de 70 S (80 S chez les eucaryotes).
En plus de ces structures, des inclusions de substances de réserve peuvent également être présentes dans le cytoplasme.
Membrane cellulaire et structures de surface
La paroi cellulaire est un élément structurel important de la cellule bactérienne, mais elle n’est pas essentielle. Des formes avec une paroi cellulaire partiellement ou totalement absente (formes L) ont été obtenues artificiellement, qui pouvaient exister dans des conditions favorables, mais perdaient parfois la capacité de se diviser. Il existe également un groupe connu de bactéries naturelles qui ne contiennent pas de paroi cellulaire : les mycoplasmes.Chez les bactéries, il existe deux principaux types de structure de paroi cellulaire, caractéristiques des espèces à Gram positif et à Gram négatif.
La paroi cellulaire des bactéries à Gram positif est une couche homogène de 20 à 80 nm d'épaisseur, constituée principalement de peptidoglycane avec une plus petite quantité d'acides teichoïques et une petite quantité de polysaccharides, de protéines et de lipides (appelés lipopolysaccharides). La paroi cellulaire possède des pores d'un diamètre de 1 à 6 nm, ce qui la rend perméable à un certain nombre de molécules.
Chez les bactéries à Gram négatif, la couche de peptidoglycane est vaguement adjacente au CPM et a une épaisseur de seulement 2 à 3 nm. Il est entouré d'une membrane externe qui, en règle générale, a une forme incurvée et inégale. Entre le CPM, la couche de peptidoglycane et la membrane externe se trouve un espace appelé espace périplasmique, qui est rempli d'une solution contenant des protéines de transport et des enzymes.
À l’extérieur de la paroi cellulaire, il peut y avoir une capsule – une couche amorphe qui maintient la connexion avec la paroi. Les couches muqueuses n'ont aucun lien avec la cellule et se séparent facilement, tandis que les couvertures ne sont pas amorphes, mais ont une structure fine. Cependant, entre ces trois cas idéalisés, il existe de nombreuses formes transitionnelles.
Il peut y avoir de 0 à 1 000 flagelles bactériens. Les options possibles incluent la disposition d'un flagelle sur un pôle (flagelles monopolaires monotriches), d'un faisceau de flagelles sur un seul (flagellation péritriche monopolaire ou lophotrichiale) ou de deux pôles (flagelles péritriches bipolaires ou amphitrichyales), ainsi que de nombreux flagelles sur toute la surface de la cellule (péritriche). L'épaisseur du flagelle est de 10 à 20 nm et sa longueur de 3 à 15 µm. Sa rotation s'effectue dans le sens inverse des aiguilles d'une montre avec une fréquence de 40 à 60 rps.
En plus des flagelles, parmi les structures superficielles des bactéries, il faut mentionner les villosités. Ils sont plus minces que les flagelles (diamètre 5-10 nm, longueur jusqu'à 2 µm) et sont nécessaires pour attacher les bactéries au substrat, participent aux métabolites et aux villosités spéciales - F-pili - formations filiformes, plus fines et plus courtes ( 3-10 nm x 0, 3-10 µm) que les flagelles - ils sont nécessaires à la cellule donneuse pour transférer l'ADN au receveur pendant la conjugaison.
Dimensions
La taille moyenne des bactéries est de 0,5 à 5 microns. Escherichia coli, par exemple, a des dimensions de 0,3 à 1 sur 1 à 6 microns, Staphylococcus aureus a un diamètre de 0,5 à 1 micron, Bacillus subtilis 0,75 sur 2 à 3 microns. La plus grande bactérie connue est Thiomargarita namibiensis, atteignant une taille de 750 microns (0,75 mm). Le second est Epulopiscium fishelsoni, qui a un diamètre de 80 microns et une longueur allant jusqu'à 700 microns et vit dans le tube digestif du poisson chirurgical Acanthurus nigrofuscus. Achromatium oxaliferum atteint des tailles de 33 sur 100 microns, Beggiatoa alba - 10 sur 50 microns. Les spirochètes peuvent atteindre une longueur de 250 µm et une épaisseur de 0,7 µm. Dans le même temps, les bactéries comprennent les plus petits organismes dotés d'une structure cellulaire. Mycoplasma mycoides a une taille de 0,1 à 0,25 microns, ce qui est similaire à la taille de gros virus tels que la mosaïque du tabac, la variole ou la grippe. Selon les calculs théoriques, une cellule sphérique d'un diamètre inférieur à 0,15-0,20 microns devient incapable de se reproduire de manière indépendante, car elle ne contient physiquement pas tous les biopolymères et structures nécessaires en quantité suffisante.Cependant, des nanobactéries ont été décrites comme étant plus petites que la taille « acceptable » et très différentes des bactéries ordinaires. Contrairement aux virus, ils sont capables de croissance et de reproduction indépendantes (extrêmement lentes). Ils ont jusqu’à présent été peu étudiés, leur caractère vivant est remis en question.
Avec une augmentation linéaire du rayon d'une cellule, sa surface augmente proportionnellement au carré du rayon et son volume proportionnellement au cube. Par conséquent, dans les petits organismes, le rapport surface/volume est plus élevé que dans les plus grands, ce qui signifie pour les premiers un échange plus actif de substances avec l'environnement. L'activité métabolique, mesurée par divers indicateurs, par unité de biomasse est plus élevée dans les petites formes que dans les grandes. Par conséquent, les petites tailles, même pour les micro-organismes, confèrent aux bactéries et aux archées des avantages en termes de taux de croissance et de reproduction par rapport aux eucaryotes plus complexes et déterminent leur rôle écologique important.
Multicellularité chez les bactéries
Les formes unicellulaires sont capables de remplir toutes les fonctions inhérentes à l'organisme, quelles que soient les cellules voisines. De nombreux procaryotes unicellulaires ont tendance à former des procaryotes cellulaires, souvent maintenus ensemble par le mucus qu'ils sécrètent. Le plus souvent, il ne s'agit que d'une association aléatoire d'organismes individuels, mais dans certains cas, une association temporaire est associée à la mise en œuvre d'une certaine fonction, par exemple, la formation de fructifications par les myxobactéries permet le développement de kystes, bien que des kystes individuels les cellules ne sont pas capables de les former. De tels phénomènes, ainsi que la formation de cellules différenciées morphologiquement et fonctionnellement par les eubactéries unicellulaires, sont des conditions préalables nécessaires à l'émergence d'une véritable multicellularité en leur sein.Un organisme multicellulaire doit remplir les conditions suivantes :
- ses cellules doivent être agrégées,
- il doit y avoir une division des fonctions entre les cellules,
- des contacts spécifiques stables doivent être établis entre les cellules agrégées.
Reproduction de bactéries
Certaines bactéries n'ont pas de processus sexuel et se reproduisent uniquement par fission transversale binaire égale ou bourgeonnement. Pour un groupe de cyanobactéries unicellulaires, des fissions multiples (une série de divisions binaires successives rapides conduisant à la formation de 4 à 1 024 nouvelles cellules) ont été décrites. Pour assurer la plasticité du génotype nécessaire à l'évolution et à l'adaptation à un environnement changeant, ils disposent d'autres mécanismes.Lors de la division, la plupart des bactéries à Gram positif et des cyanobactéries filamenteuses synthétisent un septum transversal de la périphérie vers le centre avec la participation de mésosomes. Les bactéries à Gram négatif se divisent par constriction : au site de division, une courbure croissante vers l'intérieur du CPM et de la paroi cellulaire est détectée. Lors du bourgeonnement, un bourgeon se forme et grandit à l'un des pôles de la cellule mère ; la cellule mère montre des signes de vieillissement et ne peut généralement pas produire plus de 4 cellules filles. Le bourgeonnement se produit dans différents groupes de bactéries et est probablement apparu plusieurs fois au cours de l'évolution.
Les bactéries présentent également une reproduction sexuée, mais sous la forme la plus primitive. La reproduction sexuée des bactéries diffère de la reproduction sexuée des eucaryotes en ce sens que les bactéries ne forment pas de gamètes et ne subissent pas de fusion cellulaire. Cependant, l'événement le plus important de la reproduction sexuée, à savoir l'échange de matériel génétique, se produit également dans ce cas. Ce processus est appelé recombinaison génétique. Une partie de l'ADN (très rarement la totalité de l'ADN) de la cellule donneuse est transférée vers une cellule receveuse dont l'ADN est génétiquement différent de celui du donneur. Dans ce cas, l’ADN transféré remplace une partie de l’ADN du destinataire. Le processus de remplacement de l’ADN implique des enzymes qui divisent et rejoignent les brins d’ADN. Cela produit un ADN contenant les gènes des deux cellules parentales. Cet ADN est dit recombinant. Dans la descendance, ou recombinants, il existe une variation marquée des caractères causée par le déplacement de gènes. Cette variété de traits est très importante pour l’évolution et constitue le principal avantage de la reproduction sexuée. Il existe 3 méthodes connues pour obtenir des recombinants. Ce sont - dans l'ordre de leur découverte - la transformation, la conjugaison et la transduction.
La reproduction des bactéries par fission est la méthode la plus courante pour augmenter la taille d’une population microbienne. Après division, les bactéries atteignent leur taille initiale, ce qui nécessite certaines substances (facteurs de croissance).
Les méthodes de reproduction des bactéries sont différentes, mais la plupart de leurs espèces ont une forme de reproduction asexuée par fission. Les bactéries se reproduisent rarement par bourgeonnement. La reproduction sexuée des bactéries est présente sous une forme primitive.
Riz. 1. La photo montre une cellule bactérienne au stade de division.
Appareil génétique des bactéries
L'appareil génétique des bactéries est représenté par un seul chromosome ADN. L'ADN est fermé en cercle. Le chromosome est localisé dans un nucléotide dépourvu de membrane. Une cellule bactérienne contient des plasmides.
Nucléoïde
Un nucléoïde est un analogue d'un noyau. Il est situé au centre de la cellule. Il contient de l'ADN, porteur d'informations héréditaires sous forme repliée. L'ADN déroulé atteint une longueur de 1 mm. La substance nucléaire d'une cellule bactérienne ne possède ni membrane, ni nucléole, ni ensemble de chromosomes et ne se divise pas par mitose. Avant de se diviser, le nucléotide est doublé. Lors de la division, le nombre de nucléotides augmente jusqu'à 4.
Riz. 2. La photo montre une cellule bactérienne dans une coupe. Un nucléotide est visible dans la partie centrale.
Plasmides
Les plasmides sont des molécules autonomes repliées en un anneau d'ADN double brin. Leur masse est nettement inférieure à la masse d'un nucléotide. Bien que les informations héréditaires soient codées dans l'ADN des plasmides, elles ne sont ni vitales ni nécessaires à la cellule bactérienne.
Riz. 3. La photo montre un plasmide bactérien.
Étapes de division
Après avoir atteint une certaine taille caractéristique d’une cellule adulte, des mécanismes de division se déclenchent.
Réplication de l'ADN
La réplication de l'ADN précède la division cellulaire. Les mésosomes (plis de la membrane cytoplasmique) retiennent l'ADN jusqu'à ce que le processus de division (réplication) soit terminé.
La réplication de l'ADN est réalisée à l'aide d'enzymes ADN polymérases. Lors de la réplication, les liaisons hydrogène de l’ADN double brin sont rompues, entraînant la formation de deux ADN filles simple brin à partir d’un seul ADN. Par la suite, lorsque les ADN filles ont pris place dans les cellules filles séparées, ils sont restaurés.
Dès que la réplication de l’ADN est terminée, une constriction apparaît suite à la synthèse, divisant la cellule en deux. Le nucléotide subit d’abord une division, puis le cytoplasme. La synthèse de la paroi cellulaire achève la division.
Riz. 4. Schéma de division cellulaire bactérienne.
Échange de coupes d'ADN
Chez Bacillus subtilis, le processus de réplication de l'ADN se termine par l'échange de deux sections d'ADN.
Après la division cellulaire, un pont se forme par lequel l’ADN d’une cellule passe dans une autre. Ensuite, les deux ADN sont étroitement liés. Certaines sections des deux ADN restent collées ensemble. Aux sites d'adhésion, des segments d'ADN sont échangés. L'un des ADN remonte le long du cavalier jusqu'à la première cellule.
Riz. 5. Variante d'échange d'ADN chez Bacillus subtilis.
Types de divisions cellulaires bactériennes
Si la division cellulaire est en avance sur le processus de séparation, des bâtonnets et des coques multicellulaires se forment.
Avec la division cellulaire synchrone, deux cellules filles à part entière se forment.
Si le nucléotide se divise plus rapidement que la cellule elle-même, des bactéries multinucléotidiques se forment.
Méthodes de séparation des bactéries
Division par rupture
La division par cassure est caractéristique des bacilles charbonneux. À la suite de cette division, les cellules se brisent aux points de jonction, brisant les ponts cytoplasmiques. Puis ils se repoussent, formant des chaînes.
Division coulissante
Avec la séparation glissante, après division, la cellule se détache et, pour ainsi dire, glisse le long de la surface d'une autre cellule. Cette méthode de séparation est typique de certaines formes d'Escherichia.
Fractionnement fractionnement
Avec division sécante, l'une des cellules divisées décrit avec son extrémité libre un arc de cercle dont le centre est le point de son contact avec une autre cellule, formant une quinque romaine ou cunéiforme (Corynebacterium diphtheria, Listeria).
Riz. 6. La photo montre des bactéries en forme de bâtonnets formant des chaînes (bacilles du charbon).
Riz. 7. La photo montre une méthode glissante pour séparer E. coli.
Riz. 8. La méthode de division pour séparer les corynébactéries.
Type de clusters bactériens après division
Les groupes de cellules en division ont diverses formes qui dépendent de la direction du plan de division.
Bactéries globulaires disposés un à un, deux à deux (diplocoques), en paquets, en chaînes ou comme des grappes de raisin. Bactéries en forme de bâtonnet - en chaînes.
Bactéries en forme de spirale- chaotique.
Riz. 9. Sur la photo, il y a des microcoques. Ils sont ronds, lisses et de couleur blanche, jaune et rouge. Dans la nature, les microcoques sont omniprésents. Ils vivent dans différentes cavités du corps humain.
Riz. 10. Sur la photo, il y a une bactérie diplocoque - Streptococcus pneumoniae.
Riz. 11. La photo montre la bactérie Sarcina. Les bactéries coccoïdes se regroupent en paquets.
Riz. 12. La photo montre une bactérie streptocoque (du grec « streptos » - chaîne). Disposés en chaînes. Ce sont des agents responsables de nombreuses maladies.
Riz. 13. Sur la photo, les bactéries sont des staphylocoques « dorés ». Disposés comme des « grappes de raisin ». Les grappes sont de couleur dorée. Ce sont des agents responsables de nombreuses maladies.
Riz. 14. Sur la photo, les bactéries enroulées Leptospira sont les agents responsables de nombreuses maladies.
Riz. 15. La photo montre des bactéries en forme de bâtonnets du genre Vibrio.
Taux de division bactérienne
Le taux de division bactérienne est extrêmement élevé. En moyenne, une cellule bactérienne se divise toutes les 20 minutes. En une seule journée, une cellule forme 72 générations de descendants. Mycobacterium tuberculosis se divise lentement. L'ensemble du processus de division leur prend environ 14 heures.
Riz. 16. La photo montre le processus de division cellulaire du streptocoque.
Reproduction sexuée des bactéries
En 1946, les scientifiques découvrent la reproduction sexuée sous une forme primitive. Dans ce cas, les gamètes (cellules reproductrices mâles et femelles) ne se forment pas, mais certaines cellules échangent du matériel génétique ( Recombinaison génétique).
Le transfert de gènes se produit en conséquence conjugaison- transfert unidirectionnel d'une partie de l'information génétique sous la forme plasmides au contact de cellules bactériennes.
Les plasmides sont de petites molécules d'ADN. Ils ne sont pas associés au génome chromosomique et sont capables de doubler de manière autonome. Les plasmides contiennent des gènes qui augmentent la résistance des cellules bactériennes aux conditions environnementales défavorables. Les bactéries se transmettent souvent ces gènes. On note également le transfert d'informations génétiques vers des bactéries d'une autre espèce.
En l’absence d’un véritable processus sexuel, c’est la conjugaison qui joue un rôle énorme dans l’échange de caractéristiques utiles. C’est ainsi que se transmet la capacité des bactéries à présenter une résistance aux médicaments. Le transfert de résistance aux antibiotiques entre populations pathogènes est particulièrement dangereux pour l’humanité.
Riz. 17. La photo montre le moment de conjugaison de deux E. coli.
Phases de développement de la population bactérienne
Lorsqu'elle est inoculée sur milieu nutritif, le développement de la population bactérienne passe par plusieurs phases.
Phase initiale
La phase initiale est la période allant du semis jusqu'à leur croissance. En moyenne, la phase initiale dure 1 à 2 heures.
Phase de retard de reproduction
C'est la phase de croissance bactérienne intensive. Sa durée est d'environ 2 heures. Cela dépend de l'âge de la culture, de la période d'adaptation, de la qualité du milieu nutritif, etc.
Phase logarithmique
Durant cette phase, il y a un pic du taux de reproduction et une augmentation de la population bactérienne. Sa durée est de 5 à 6 heures.
Phase d'accélération négative
Au cours de cette phase, le taux de reproduction diminue, le nombre de bactéries en division diminue et le nombre de bactéries mortes augmente. La raison de l'accélération négative est l'épuisement du milieu nutritif. Sa durée est d'environ 2 heures.
Phase maximale stationnaire
Pendant la phase stationnaire, on note un nombre égal d’individus morts et nouvellement formés. Sa durée est d'environ 2 heures.
Phase d'accélération de la mort
Durant cette phase, le nombre de cellules mortes augmente progressivement. Sa durée est d'environ 3 heures.
Phase de mort logarithmique
Durant cette phase, les cellules bactériennes meurent à un rythme constant. Sa durée est d'environ 5 heures.
Phase de diminution du taux
Durant cette phase, les cellules bactériennes vivantes restantes entrent dans un état dormant.
Riz. 18. La figure montre la courbe de croissance d'une population bactérienne.
Riz. 19. Sur la photo, une colonie de Pseudomonas aeruginosa est bleu-vert, une colonie de microcoques est jaune, une colonie de Bacterium prodigiosum est rouge sang et une colonie de Bacteroides niger est noire.
Riz. 20. La photo montre une colonie de bactéries. Chaque colonie est la progéniture d’une seule cellule. Dans une colonie, le nombre de cellules se compte en millions. La colonie se développe en 1 à 3 jours.
Division des bactéries magnétiquement sensibles
Dans les années 1970, on a découvert des bactéries vivant dans les mers et dotées d’un sens de magnétisme. Le magnétisme permet à ces créatures étonnantes de naviguer le long des lignes du champ magnétique terrestre et de trouver du soufre, de l'oxygène et d'autres substances dont elles ont tant besoin. Leur « boussole » est représentée par des magnétosomes, constitués d’un aimant. Lors de la division, les bactéries magnétiquement sensibles divisent leur boussole. Dans ce cas, la constriction lors de la division devient clairement insuffisante, de sorte que la cellule bactérienne se plie et se fracture brusquement.
Riz. 21. La photo montre le moment de division d'une bactérie magnétiquement sensible.
Croissance bactérienne
Lorsqu’une cellule bactérienne commence à se diviser, deux molécules d’ADN se déplacent vers les extrémités opposées de la cellule. Ensuite, la cellule est divisée en deux parties égales, qui sont séparées l'une de l'autre et reprennent leur taille d'origine. La vitesse de division de nombreuses bactéries est en moyenne de 20 à 30 minutes. En une seule journée, une cellule forme 72 générations de descendants.
Au cours du processus de croissance et de développement, une masse de cellules absorbe rapidement les nutriments de l’environnement. Ceci est facilité par des facteurs environnementaux favorables - conditions de température, quantités suffisantes de nutriments et pH requis de l'environnement. Les cellules aérobies ont besoin d'oxygène. C'est dangereux pour les anaérobies. Cependant, la prolifération illimitée des bactéries n’existe pas dans la nature. La lumière du soleil, l'air sec, le manque de nourriture, la température ambiante élevée et d'autres facteurs ont un effet néfaste sur la cellule bactérienne.
Riz. 22. La photo montre le moment de la division cellulaire.
Facteurs de croissance
Pour la croissance des bactéries, certaines substances (facteurs de croissance) sont nécessaires, dont certaines sont synthétisées par la cellule elle-même, d'autres proviennent de l'environnement. Le besoin en facteurs de croissance est différent pour toutes les bactéries.
Le besoin en facteurs de croissance est une constante, ce qui permet de les utiliser pour l'identification de bactéries, la préparation de milieux nutritifs et leur utilisation en biotechnologie.
Les facteurs de croissance bactérienne (vitamines bactériennes) sont des éléments chimiques dont la plupart sont des vitamines B hydrosolubles. Ce groupe comprend également les bases hémine, choline, purine et pyrimidine et d'autres acides aminés. En l'absence de facteurs de croissance, une bactériostase se produit.
Les bactéries utilisent des facteurs de croissance en quantités minimes et inchangées. Un certain nombre de produits chimiques de ce groupe font partie des enzymes cellulaires.
Riz. 23. La photo montre le moment de division d'une bactérie en forme de bâtonnet.
Les facteurs de croissance bactérienne les plus importants
- Vitamine B1 (thiamine). Participe au métabolisme des glucides.
- Vitamine B2" (riboflavine). Participe aux réactions redox.
- Acide pantothénique est un composant de la coenzyme A.
- Vitamine B6 (pyridoxine). Participe au métabolisme des acides aminés.
- Vitamines B12(les cobalamines sont des substances contenant du cobalt). Ils participent activement à la synthèse des nucléotides.
- Acide folique. Certains de ses dérivés font partie d'enzymes qui catalysent la synthèse de bases puriques et pyrimidiques, ainsi que de certains acides aminés.
- Biotine. Participe au métabolisme de l'azote et catalyse également la synthèse des acides gras insaturés.
- Vitamine PP(un acide nicotinique). Participe aux réactions redox, à la formation d'enzymes et au métabolisme des lipides et des glucides.
- Vitamine H(acide para-aminobenzoïque). C’est un facteur de croissance pour de nombreuses bactéries, notamment celles qui habitent l’intestin humain. L'acide folique est synthétisé à partir de l'acide para-aminobenzoïque.
- Gémin. C'est un composant de certaines enzymes qui participent aux réactions d'oxydation.
- Kholin. Participe aux réactions de synthèse lipidique de la paroi cellulaire. C'est un fournisseur de groupe méthyle dans la synthèse des acides aminés.
- Bases puriques et pyrimidiques(adénine, guanine, xanthine, hypoxanthine, cytosine, thymine et uracile). Ces substances sont principalement nécessaires en tant que composants des acides nucléiques.
- Acides aminés. Ces substances sont des composants des protéines cellulaires.
Besoin en facteurs de croissance de certaines bactéries
Auxotrophes Pour assurer leur vie, ils ont besoin d’un apport de produits chimiques de l’extérieur. Par exemple, les Clostridies ne sont pas capables de synthétiser la lécithine et la tyrosine. Les staphylocoques nécessitent un apport en lécithine et en arginine. Les streptocoques nécessitent un apport en acides gras, composants des phospholipides. Les corynébactéries et les Shigella nécessitent de l'acide nicotinique. Staphylococcus aureus, pneumocoques et Brucella nécessitent de la vitamine B1. Streptocoques et bacilles tétaniques - dans l'acide pantothénique.
Prototrophes synthétiser indépendamment les substances nécessaires.
Riz. 24. Différentes conditions environnementales ont des effets différents sur la croissance des colonies bactériennes. Sur la gauche se trouve une croissance régulière sous la forme d’un cercle en expansion lente. À droite, une croissance rapide sous forme de « pousses ».
L'étude des besoins des bactéries en facteurs de croissance permet aux scientifiques d'obtenir une masse microbienne importante, si nécessaire à la fabrication de médicaments, sérums et vaccins antimicrobiens.
En savoir plus sur les bactéries dans les articles :
La prolifération bactérienne est un mécanisme permettant d'augmenter le nombre de populations microbiennes. La division bactérienne est la principale méthode de reproduction. Après division, les bactéries doivent atteindre la taille adulte. Les bactéries se développent en absorbant rapidement les nutriments de leur environnement. La croissance nécessite certaines substances (facteurs de croissance), dont certaines sont synthétisées par la cellule bactérienne elle-même et d'autres proviennent de l'environnement.
