La Croissance Bactérienne

Croissance Bactérienne Augmentation du nombre de cellules La bactérie se reproduit par fission binaire (12, 24….2n) Les mesures de la croissance représentent des suivis des changements dans le nombre total de cellules ou de la masse des cellules

Fission Binaire Reproduction asexuée Réplication d’ADN  élongation cellulaire formation du septum septum complété et formation de la paroi séparation cellulaire et formation de cellules filles La quantité de toutes les molécules double : protéines, ADN, ARN, lipides pour les membranes, matériaux de la paroi, etc. Tout est distribué de façon quasi égale

Une génération ADN Réplication ADN Élongation cellulaire Formation du septum Une génération Formation du septum complété et synthèse de la paroi Séparation des cellules

Croissance en Culture Discontinue (Batch) Système FERMÉ Aucun ajout de nouveaux nutriments Pas d’élimination des déchets Les cellules ne sont pas retirées Ex. Production de yogourt, fermentation de la bière, infection sanguine La densité cellulaire augmente jusqu’à ce que quelque chose devienne limitant

Profil de Croissance en Culture Discontinue Latence Exponentielle Stationnaire Mortalité Temps Inoculation (Temps = 0) Log10 du nombre de cellules

Phase de Latence ou d’Adaptation Aucune augmentation dans le nombre ou la masse de cellules Synthèses de composantes requises pour la croissance dans un milieu donné Adaptation métabolique

Phase Exponentielle ou Logarithmique Développement et division cellulaire à vitesse maximale Le nombre et la masse cellulaire doublent à des intervalles réguliers Population en équilibre physiologique et biochimique Nombre et la masse de cellules augmente par un facteur exponentiel (2n) n = nombre de division ou de générations

Division Exponentielle 1er doublement 2e doublement 3e doublement 4e doublement Nb final de cellules (N) = nombre initial de cellules (N0) X (2n) n = nombre de générations

Division Exponentielle Temps (h) Nombre de générations (n) Nombre de cellules (N) Temps (h) 1 (20) 4.5 9 512 (29) 0.5 1 2 (21) 5 10 1024 (210) 2 4 (22) 5.5 11 2048 (211) 1.5 3 8 (23) 6 12 4096 (212) 4 16 (24) 6.5 13 8192 (213) 2.5 32 (25) 7 14 16384 (214) 64 (26) 7.5 15 32768 (215) 3.5 128 (27) 8 16 65536 (216) 256 (28) 8.5 17 131072 (217)

Paramètres de la Phase Log Temps de génération: g Temps requis pour que le nombre de cellules double g = Δt/n Nombre de division : n Nombre de fois le nombre de cellules double N = No (2n) Taux de croissance: µ Taux auquel le nombre de cellules change en fonction du temps µ = ln2/g

Calcul Après 4 h de croissance une culture d’E.coli passe de 100 cellules à 6.6 X 106 cellules Quel était n pour la période de 4h? Quel est le temps de génération? Quel est le taux de croissance

Calcul E. coli a un temps de génération de 20 minutes. Si vous commencez avec 1 cellule d’E. coli combien en aurez-vous après 2 heures? Après 5 heures?

Paramètres de Croissance à partir d’un Graphique

Paramètres de Croissance à partir d’un Graphique Tous les paramètres de croissance doivent être déterminés à partir de la phase logarithmique! Dans ce cas-ci, entre 40-190 min.

Lecture d’une échelle logarithmique Quelle est cette valeur? 1 2 3 4 5 6 7 8 9 106 107 108 109

Le Taux de Croissance - µ La croissance en fonction du temps: Plus le temps de génération est court, plus la croissance est rapide Plus la croissance est rapide, plus la pente est abrupte g=6 heures; pente 0.05 g=2 heures; pente 0.15 Pente: 0.05 Cellules/ml Population double en 6h Pente: 0.15 Cellules/ml Population double en 2h Temps (h)

Déterminer le Temps de Génération Méthode 1: Choisir deux points qui représentent un doublement du nombre de cellules Ex. 10 et 20 Déterminer l’écart de temps Méthode 2: Choisir n’importe quel deux-points et déterminer les coordonnés. (Nombre de cellule et temps) Calculer n pour l’écart de temps Calculer g: Δt/n g

Phase Stationnaire Arrêt de la croissance cellulaire Population n’est plus en équilibre Arrêt en raison d’un manque de nutriments, d’oxygène ou à une accumulation excessive de déchets, etc. Représente le rendement de croissance maximal sous les conditions données Yg : Masse de microorganismes formés/Masse (g) de substrat consommé Ym: Masse de microorganismes formés/mole de substrat consommé

Phase de Mortalité  Perte de viabilité exponentielle en raison d’un manque de nutriments ou d’une exposition prolongée à des déchets Pas nécessairement une perte de masse

Biofilms

C’est quoi les Biofilms? En nature plus de 90% des toutes les bactéries vivent dans des biofilms Les biofilms sont des collections de microorganismes qui se forment sur des surfaces solides Ex. La plaque dentaire et plaque et la pellicule visqueuse qui se forme sur les surfaces dans les zones aquatiques

Problèmes Causés par les Biofilms Ont tendance à boucher les tuyaux et les filtres à eau Peut causer de nombreuses maladies, y compris de nombreuses maladies communes dans les hôpitaux Très résistants aux antibiotiques Peut se former presque partout où il y a de l'eau, y compris des cathéters, des comptoirs de cuisine, etc.

Formation des Biofilms Se forme dans des endroits qui ont accès à l'eau Se fixe aux surfaces solides par plusieurs moyens: Fimbriae Parois cellulaires hydrophobes Polymères collants

Altruisme Parmi les Microorganismes Les biofilms sont comme de petites villes Avoir beaucoup de voisins très proches qui restent ensemble pendant de longues périodes de temps Les biofilms encouragent l'altruisme Les bactéries sacrifient leur taux de croissance maximum afin d’utiliser les ressources communautaires plus efficacement Bien que les individus sont désavantagés, la communauté dans son ensemble bénéficie

Fermentation par la Levure

Fermentation en Société Le procédé de la fermentation est essentiel pour… Production de carburant d'éthanol Fabrication du pain (la levure fait lever le pain) Boissons alcoolisées

Pourquoi la Fermentation? Fermentation: Métabolisme énergétique cellulaire fait en absence d’oxygène (anaérobie) Les levures sont souvent utilisées comme fermenteurs Elles consomment des sucres pour la libération d'énergie et des sous-produits tels que l'éthanol et du dioxyde de carbone La fermentation industrielle est le procédé par lequel l'éthanol est créé à partir de matières végétales renouvelables

Composantes de la Fermentation La fermentation comporte ... Substrats - habituellement un sucre Produit - la substance créée (éthanol) La fermentation nécessite un organisme qui peut utiliser des substrats en absence d'oxygène La levure (Saccharomyces) est souvent l'organisme de choix

Convertir le Glucose en Éthanol Glycolyse: Plus commun des sentiers glycolytiques Oxydation partielle du glucose au pyruvate Production nette de 2 ATP 2 NAD sont réduits au NADH Chacune de ces étapes procède deux fois pour chaque molécule de glucose

Fermentation - Éthanolique Capteur d’électron organique - Acétaldéhyde Régénération de NAD +