Croissances microbiennes Chapitre 1 titre Croissances microbiennes

plan 1. Les étapes de la division bactérienne. 2. Croissance discontinue (en « batch »). 2.1. Principe. 2.2. Croissance exponentielle. 2.3. Paramètres de croissance. 2.4. Croissance en milieu non renouvelé. plan 3. Facteurs qui influencent le taux de croissance. 3.1. La température. 3.2. Le pH. 3.3. La pression. 3.4. La force ionique. 3.5. La composition du milieu. 3.5.1. Présence de facteurs de croissance. 3.5.2. Diauxie. 4. Croissance en milieu renouvelé (chémostat). 4.1. Principe. 4.2. Courbes de croissance.

(et réparation de la paroi). Il s’agit d’une mitose classique 1. Les étapes de la division bactérienne. * Les étapes cytologiques. 1 - dégradation paroi. - étranglement membrane. - séparation des cellules filles (et réparation de la paroi). * Le métabolisme nucléique. - réplication du chromosome. - répartition de l’ADN entre les cellules filles (clones). Il s’agit d’une mitose classique PLAN 3

Batch peut se traduire par : Les déchets métaboliques s’accumulent. 2. Croissance discontinue (en « batch »). Batch peut se traduire par : lot, fournée. 2.1. Principe. 2.1 L’inoculum est incubé dans un milieu de culture qui n’est ni changé, ni complété au cours de la croissance. Les nutriments s’épuisent au fur et à mesure du développement microbien. Les déchets métaboliques s’accumulent. Ces deux phénomènes se complètent et se renforcent. Cependant, nous verrons avant tout l’influence de la concentration en substrat sur la vitesse de croissance. PLAN 4

2.2 2. Croissance discontinue (en « batch »). 2.2. Croissance exponentielle. 2.2 Vous vous souvenez de l’histoire du paysan et de l’empereur de Chine ? PLAN 5

Père Castor, raconte-nous une histoire… 2. Croissance discontinue (en « batch »). On peut calculer le nombre de grain sur chaque case. 2.2. Croissance exponentielle. On détermine la masse totale de riz sachant qu’un grain pèse 0,014 g 1 256 6,6E+04 1,7E+07 4,3E+09 1,1E+12 2,8E+14 7,2E+16 2 512 1,3E+05 3,4E+07 8,6E+09 2,2E+12 5,6E+14 1,4E+17 4 1024 2,6E+05 6,7E+07 1,7E+10 4,4E+12 1,1E+15 2,9E+17 8 2048 5,2E+05 1,3E+08 3,4E+10 8,8E+12 2,3E+15 5,8E+17 16 4096 1,0E+06 2,7E+08 6,9E+10 1,8E+13 4,5E+15 1,2E+18 32 8192 2,1E+06 5,4E+08 1,4E+11 3,5E+13 9,0E+15 2,3E+18 64 16384 4,2E+06 1,1E+09 2,7E+11 7,0E+13 1,8E+16 4,6E+18 128 32768 8,4E+06 2,1E+09 5,5E+11 1,4E+14 3,6E+16 9,2E+18 1 6,6E+04 4,3E+09 2,8E+14 512 3,4E+07 2,2E+12 1,4E+17 4 2,6E+05 1,7E+10 1,1E+15 2048 1,3E+08 8,8E+12 5,8E+17 16 1,0E+06 6,9E+10 4,5E+15 8192 5,4E+08 3,5E+13 2,3E+18 64 4,2E+06 2,7E+11 1,8E+16 32768 2,1E+09 1,4E+14 9,2E+18 A B C 1 1 = 20 2 2 = 21 3 4 = 22 4 8 = 23 5 6 7 8 Père Castor, raconte-nous une histoire… m = N * 0,014 1.4.3 m = 9,2.1018 * 0,014 N = No x 2(n) où n = nombre de changement de case (génération) m = 128,8.1015 g m = 128,8.109 t m = 128,8.103 Mt N = No x 2(n-1) où n = nombre de case. La production mondiale actuelle est de: 680 Mt Le paysan a gagné 200 fois la production mondiale ! PLAN 06

On trace le graphe N = f ( t ) 2. Croissance discontinue (en « batch »). 2.2. Croissance exponentielle. On trace le graphe N = f ( t ) t N h Cell.µL-1 690 1 828 2 5,13E+03 3 3,18E+04 4 1,97E+05 5 1,22E+06 6 7,57E+06 7 4,69E+07 8 2,91E+08 9 1,80E+09 10 1,12E+10 11 3,35E+10 12 4,69E+10 1.4.2 PLAN 07

On trace le graphe Ln(N) = f (t) 2. Croissance discontinue (en « batch »). Il est quasiment impossible à un esprit humain normal d’interpréter une exponentielle. 2.2. Croissance exponentielle. On trace le graphe Ln(N) = f (t) Ln(N) 6,54 6,72 8,54 10,37 12,19 14,02 15,84 17,66 19,49 21,31 23,14 24,23 24,57 t N h Cell.µL-1 690 1 828 2 5,13E+03 3 3,18E+04 4 1,97E+05 5 1,22E+06 6 7,57E+06 7 4,69E+07 8 2,91E+08 9 1,80E+09 10 1,12E+10 11 3,35E+10 12 4,69E+10 1.4.2 accélération ralentissement maximale exponentielle PLAN 08

1.4.4 2. Croissance discontinue (en « batch »). On peut calculer la masse d’une colonie à partir de la masse d’une bactérie et de sa vitesse de division. m E. coli = 5.10-13 g durée entre deux divisions (temps de génération) = 30 mn 2.2. Croissance exponentielle. 1.4.4 3,2 j 30 h 20,5 h 2,8 j PLAN 09

2.3 2. Croissance discontinue (en « batch »). Il y a deux façons d’envisager une croissance exponentielle. 2.3. Paramètres de croissance. 2.3 * Aspect binaire * * Aspect népérien * C’est le cas de l’échiquier et des bactéries C’est l’aspect mathématique N = No x 2n = No x 2rt n = nbre de division r = taux horaire de croissance (en div / h) -----> = 1 / G G = temps de génération (temps entre 2 division) = T1/2 N = No x eµt -----> LnN = µ.t + LnNo µ = v spf de croissance (en h-1) * Relation entre les 2 * Ces 2 aspects décrivent le même phénomène N = No x eµt= No x 2rt -----> eµt = 2rt -----> µt = r.t.Ln2 -----> µ = r.Ln2 µ = Ln2 / G PLAN 10

Les deux bactéries sont en croissance exponentielle. 2. Croissance discontinue (en « batch »). 2.3. Paramètres de croissance. 2.3 Les deux bactéries sont en croissance exponentielle. Déterminer laquelle présente la croissance la plus rapide. Tracer les exponentielles t (en h) coli Salmonelle 0,1 105,29 570,79 0,5 140,26 712,53 1 200,74 940,19 1,5 287,30 1240,59 2 411,19 1636,97 2,5 588,51 2160,00 3 842,28 2850,14 4 1725,31 4962,38 5 3534,09 8640,00 7 14828,54 26191,58 9 62218,44 79398,03 Analyser l’allure des courbes Déterminer la vitesse spécifique de croissance. Déterminer le temps de génération Conclure PLAN 11

2.3 2. Croissance discontinue (en « batch »). 2.3. Paramètres de croissance. 2.3 Les deux bactéries sont en croissance exponentielle. Déterminer laquelle présente la croissance la plus rapide. Tracer les exponentielles Analyser l’allure des courbes La courbe salmonelle est au-dessus de coli Déterminer la vitesse spécifique de croissance. Coli = 0,717 h-1 Salmonelle = 0,5545 h-1 Déterminer le temps de génération Coli = 0,95 h-1 = 58 mn-1 Salmonelle = 1,25 h-1 = 75 mn-1 Conclure Coli présente une croissance plus rapide L’inoculum de départ est moins dense PLAN 12

2.2 2. Croissance discontinue (en « batch »). Une croissance présente différentes phases. Pour les identifier, on calcule les log. 2.2. Croissance exponentielle. 2.2 t (en h) n 3,84E+02 0,5 4,03E+02 1 4,24E+02 1,5 4,93E+02 2 5,62E+02 2,5 7,81E+02 3 1,09E+03 3,5 1,51E+03 4 2,10E+03 4,5 2,93E+03 5 4,07E+03 5,5 5,66E+03 6 7,33E+03 6,5 8,96E+03 7 1,04E+04 7,5 1,12E+04 8 1,15E+04 Ln ( N ) = f ( t ) Tracer les exponentielles Analyser le graphe Tracer en Ln Localiser les phases de croissance Calculer la vitesse de croissance ainsi que le temps de génération. PLAN 13

2.2 2. Croissance discontinue (en « batch »). Une croissance présente différentes phases. Pour les identifier, on calcule les log. 2.2. Croissance exponentielle. 2.2 Ln ( N ) = f ( t ) Tracer les exponentielles Analyser le graphe Plusieurs phases Tracer en Ln Localiser les phases de croissance Calculer la vitesse de croissance ainsi que le temps de génération. µ = 0,6601 h-1 G = 1,05 h = 63 mn PLAN 14

2.4 2. Croissance discontinue (en « batch »). On prolonge la courbe de croissance précédente. 2.4. Croissance en milieu non renouvelé. 2.4 t (en h) n 3,84E+02 0,5 4,03E+02 1 4,24E+02 1,5 4,93E+02 2 5,62E+02 2,5 7,81E+02 3 1,09E+03 3,5 1,51E+03 4 2,10E+03 4,5 2,93E+03 5 4,07E+03 5,5 5,66E+03 6 7,33E+03 6,5 8,96E+03 7 1,04E+04 t (en h) n 7 1,04E+04 7,5 1,12E+04 8 1,15E+04 8,5 9 9,5 1,17E+04 10 1,14E+04 10,5 11 11,5 1,08E+04 12 12,5 9,90E+03 13 7,71E+03 13,5 6,63E+03 14 5,43E+03 Tracer le graphe N = f ( t ) Analyser le graphe Tracer le graphe Ln ( N ) = f ( t ) Déterminer les différentes phases Déterminer les paramètres de croissance des parties linéaires. PLAN 15

2.4 2. Croissance discontinue (en « batch »). On prolonge la courbe de croissance précédente. 2.4. Croissance en milieu on renouvelé. 2.4 Tracer le graphe N = f ( t ) Analyser le graphe Tracer le graphe Ln ( N ) = f ( t ) Y = -0,0086x + 9,4271 Déterminer les différentes phases Déterminer les paramètres de croissance des parties linéaires. Y = 0,6601x + 5,0106 µ1 = 0,660 h-1 µ2 = 0,0086 h-1 PLAN 16

2.4 2. Croissance discontinue (en « batch »). 2.4. Croissance en milieu non renouvelé. 2.4 La vitesse de croissance varie avec l’évolution du milieu. On a vu en première les causes de ces variations de rythme. Phase de déclin: Les bactéries se mettent à mourir. Plateau Phase de ralentissement Phase exponentielle de croissance: Croissance maximale. Phase d’accélération Phase de latence: Temps d’adapation au milieu. PLAN 17

2.4 2. Croissance discontinue (en « batch »). 2.4. Croissance en milieu non renouvelé. 2.4 t (en h) n 3,84E+02 0,5 4,03E+02 1 4,24E+02 1,5 4,93E+02 2 5,62E+02 2,5 7,81E+02 3 1,09E+03 3,5 1,51E+03 4 2,10E+03 4,5 2,93E+03 5 4,07E+03 5,5 5,66E+03 6 7,33E+03 6,5 8,96E+03 7 1,04E+04 t (en h) n 7 1,04E+04 7,5 1,12E+04 8 1,15E+04 8,5 9 9,5 1,17E+04 10 1,14E+04 10,5 11 11,5 1,08E+04 12 12,5 9,90E+03 13 7,71E+03 13,5 6,63E+03 14 5,43E+03 Il existe une autre représentation de la croissance microbienne. V = f ( t ) Calculer la pente entre deux points successifs. Tracer le graphe V = f ( t ) Analyser le graphe PLAN 18