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Les microbes et nous

Le monde microbien:sa composition, sa nature, sa diversitéet sa place dans la biosphère (suite)

Avant de parler plus en détail des rapports que les microbes ont avec nous, avec notre corpsou avec notre nourriture, nous donnons un bref aperçu de leur nature. Dans Valériane nOlll,

nous avons vu la place qu'ils occupent au sein du vivant, quelques-unes de leurs principalescaractéristiques et comment ils se reproduisent ... Poursuivons cette présentation.

PARJEAN-PIERRE GRATIA

Comme le montre la figure CD, la cellule bactérienne commecelle d'un colibacille contient au milieu de son cytoplasmeun chromosome et des plasmides, qui sont constituésde molécules circulaires d'ADN. Nous pouvions doncnous demander si les bactéries, dépourvues de noyaux,pouvaient subir des mutations. Il est aujourd'hui avéréqu'elles peuvent subir des changements plus ou moinsponctuels et aléatoires de l'information génétique d'unede leurs cellules provenant d'erreurs durant la réplicationde l'ADN ou de l'exposition à des agents mutagènes. Letaux de mutation varie grandement selon les espèces oules souches bactériennes, et selon l'agent mutagène. Orces mutations sont souvent défavorables à la cellule et,même si elles sont récessives, elles s'expriment dans lescellules haploïdes, comme c'est le cas des bactéries. Donc,au bout de plusieurs milliards de divisions cellulaires, avecune accumulation d'erreurs lors de la réplication du gé-nome, les bactéries auraient dû progressivement péricliter.Mais la nature a résolu le problème ...

Le transfert horizontal de gènesEn effet, comme les autres organismes, les bactériespeuvent échanger du matériel génétique entre elles et doncassurer le maintien d'une bonne constitution génétique.Il existe trois mécanismes de transfert de gènes entre lescellules:

o la transformation, qui peut être artificielle ou naturelle,consiste en la pénétration d'un fragment d'ADN dansdes bactéries quand elles sont dites compétentes pourle recevoir;

o la transduction, durant laquelle un virus bactérien, ap-pelé bactériophage, assure le transfert d'un court frag-ment de chromosome de la bactérie où s'est développéle bactériophage;

o la conjugaison au cours de laquelle deux bactériespeuvent se rapprocher, établir un pont entre elles et per-

Figure 0Schéma de la structure d'une bactérie,le colibacille (E. Coli)

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mettre ainsi le transfert d'un fragment plus ou moinslong de chromosome d'une bactérie dite donatrice àune autre dite réceptrice. La conjugaison requiert leconcours d'un plasmide, le facteur F de fertilité ...

Dans tous les cas, l'ADN introduit peut être intégré dans legénome et être transmis aux générations suivantes. Cetteacquisition de gènes, provenant d'une bactérie ou d'unepréparation d'ADN exogène, est appelée transfert horizon-tal de gènes. Le transfert de gènes est particulièrementimportant pour les raisons invoquées plus haut mais aussidans les mécanismes de résistance aux antibiotiques.

Un quatrième mode de transfert génétique, appelé zygo-génèse spontanée et récemment découvert chez E. coli,représente une forme de sexualité véritable, puisqu'il s'agitde la fusion spontanée de bactéries sous l'effet d'un facteurZ, non identifié, transduit par un virus bactérien défectif.

Evolution et principales spécificitésdes micro-organismes dans la natureOn représente actuellement la position des bactéries dansl'arbre phylogénétique comme c'est représenté dans lafigure 0, où on distingue archéobactéries ou Archaea,divers groupes de bactéries - mycobactéries, bactéries àGram positif et protéobactéries à Gram négatif comme E.coli - et Aquificae, comme Aquifex pyrophilus, que d'aucunsconsidèrent comme des bactéries. Les bactéries, et lesprocaryotes en général, se sont succédés à la suite d'uneévolution partiellement réductrice à partir d'un proto-eu-caryote descendant du premier être vivant - LCA, last com-mon ancestor -, il Y aurait quelque trois milliards d'années.

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Position phylogénétiquedes procaryotes (LCA,Last Common Ancestor)

NATURE & PROGRÈS BELGIQUE

Les micro-organismes eucaryotiques - mycètes et pro-tistes - sont apparus par la suite. Ils ont une autre organisa-tion génomique, puisqu'ils possèdent un noyau contenantles chromosomes - ou la chromatine - et une membranenucléaire régulant les échanges avec le cytoplasme, et unautre mode de développement... Ainsi les champignonsmicroscopiques ou mycètes, dont la levure, sont consti-tués d'un appareil végétatif appelé thalle, sans tissusfonctionnels ni organes différenciés, et de cellules végéta-tives allongées et cloisonnées, les hyphes qui s'associentle plus souvent en mycélium, sorte de feutrage difficile àvoir à l'œil nu et le plus souvent impossible à identifieren l'état. Leur reproduction est très discrète, d'apparencecapricieuse, tantôt asexuée, tantôt sexuée, et fait intervenirdes cellules spéciales, les spores (figure 0).

Figure e Cycle de vie de la levure

Chez la levure du pain, ou autre Saccharomyces, les chro-mosomes sont au nombre de seize simples dans la formehaploïde et seize paires dans la forme diploïde. Il existe desgènes de structure à information continue comme chez lesbactéries, et des gènes à information discontinue - intronset exons - comme chez les organismes supérieurs. Par ail-leurs, les gènes de régulation sont spécifiques des levures.Comme chez les bactéries, on peut trouver chez la levuredes plasmides à côté des chromosomes, sous la formede petites molécules d'ADN circulaire d'environ six millepaires de bases, présentes entre cinquante et cent exem-plaires par cellule. Ces plasmides sont auto-réplicables etauto-transférables sans affecter la viabilité de la cellule. Ilsportent l'information génétique de quelques caractèresnon essentiels à la viabilité de la levure. Ils jouent un rôleconsidérable dans toutes les opérations de génie géné-tique. Comme chez tous les eucaryotes, et non chez lesprocaryotes comme les bactéries, il ya dans le cytoplasmedes mycètes des organites appelés mitochondries conte-nant un ADN, également circulaire. Chaque mitochondrierenferme une ou plusieurs molécules circulaires d'ADNqui, principalement, portent l'information de certainesenzymes de la chaîne respiratoire.

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Les protistes rendent d'importants services écologiques, en particulierpour l'épuration de l'eau, la régulation du C02 et des minéraux dansl'eau, et pour la pêche, la récolte de coquillages et l'aquaculture •••

Comme chez la levure, la reproduction des protistesest soit asexuée - division binaire ou scissiparité -, soitsexuée. Chez les infusoires ciliés, comme les paramécies,la conjugaison fait intervenir deux noyaux, le micro et lemacronucleus. Deux individus s'accolent. Le micronucleussubit une méiose, c'est-à-dire une réduction de 2 n chro-mosomes à n chromosomes. Sur les quatre micronucleusformés, trois dégénèrent et le quatrième subit une mitose,c'est-à-dire une séparation des copies des chromosomesdupliqués. Comprendre les tenants et les aboutissantsdes mécanismes de la recombinaison génétique de l'ADN,après ce type de conjugaison, est une chance de mieuxconnaître ce qui se passe dans nos cellules.

Des services écologiquesindispensablesA ce sujet, la levure Figure 0 Exemples de phytoplancton

comme la bactérie tireson énergie de sonmétabolisme oxydatif,ou respiration, ou dela fermentation alcoo-lique. Ce deuxièmetype de métabolismeest moins énergétiqueque le métabolismeoxydatif, ce qui affectele rendement de lamultiplication cellulaire,bien que la croissancepuisse être nettementplus rapide que dans leprocessus oxydatif. Leprocessus fermentairepeut fonctionner en présence, ou en absence partielle outotale, d'oxygène, c'est-à-dire en anaérobiose. Cette ques-tion reviendra plus tard, dans un prochain article, quandon parlera de la levure du pain et de la levure de la bière.

Les protistes constituent un échelon important du réseautrophique en jouant un rôle majeur dans les cycles biogé-ochimiques et en participant à la biodiversité, et peut-êtreplus encore à la "biodiversité fonctionnelle". En effet, sur

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environ trois cent mille espèces estimées existantes, lesdeux tiers pourraient être assez largement distribuéesdans les océans et cent mille environ pourraient avoir unedistribution plus restreinte ailleurs. Ils rendent d'impor-tants services écologiques, en particulier pour l'épurationde l'eau, la régulation du C02 et des minéraux dans l'eau,et pour la pêche, la récolte de coquillages et l'aquaculture.On distingue les protozoaires, comme les infusoires oul'amibe, et les protophytes, comme les algues vertes ouchlorophycées. Ce sont tous des organismes unicellulaireseucaryotiques, mais les premiers possèdent une cellulebeaucoup plus différenciée que les seconds. Ceux-ci sedistinguent des premiers par leur teneur en pigmentsverts - chlorophylles a et b - et, pour certains d'ente eux -dictyochophycées - par la présence d'un squelette tubulairesiliceux externe et creux.

Figure 0 - Exemples dephytoplancton:

~ Anabenasphaerica(cyanobactérie,procaryotique)

b) Gonyalax (dinoflagellé,protiste eucaryotique)

c) infusoires ciliés

d) Dictyocha speculum(à squelette siliceux)

Parmi les algues micros-copiques, on trouve, dansles lichens, les champi-gnons ou la vase, des

spécimens qui séduisent de plus en plus de scientifiqueset d'entrepreneurs. Parmi ces derniers, certains voulent setourner vers des organismes générateurs d'agrocarburantsqui n'entrent pas en concurrence avec les terres agricoleset la production de denrées alimentaires, et découvrentque les micro-algues affichent un rendement jusqu'à dixfois supérieur à celui des carburants traditionnels. Ellesont aussi l'avantage d'être faciles à cultiver, de nécessitermoins d'espace au sol et d'avoir une croissance rapide ...

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