bactérie
(latin scientifique bacterium, du grec baktêrion, petit bâton)
Être unicellulaire, à structure très simple, dépourvu de noyau et d’organites, au matériel génétique diffus, généralement sans chlorophylle, et se reproduisant par scissiparité.
Les bactéries figurent parmi les plus anciens êtres vivants sur Terre. Elles sont constituées d'une cellule unique dépourvue de noyau : on parle de cellule procaryote (cela les distingue de tous les autres êtres vivants, les eucaryotes). Cette cellule sans noyau est entourée par une membrane doublée d’une paroi plus ou moins épaisse ; à l’intérieur de la cellule flotte le matériel génétique, composé d'une seule molécule d'ADN refermée sur elle-même en cercle. Les bactéries mesurent généralement entre 0,1 et 50 micromètres. Elles peuvent être de forme incurvée ou allongée (bacilles), sphérique (cocci), spiralée (spirilles).
Habitat
On trouve des bactéries dans tous les milieux, y compris ceux où règnent des conditions extrêmes, telles les sources chaudes (plus de 100 °C). Elles sont nombreuses dans les sols, où elles jouent un rôle essentiel de recyclage des débris végétaux et animaux, et dans les eaux douces. Beaucoup vivent aussi en symbiose avec des organismes hôtes (plantes, champignons, animaux), comme par exemple Escherichia coli dans l'intestin humain, mais d'autres sont des parasites qui provoquent des maladies.
Nutrition
Certaines bactéries captent l'énergie lumineuse (bactéries phototrophes), d'autres (les bactéries chimiotrophes) celle contenue dans des substances minérales ou des molécules organiques issues d'êtres vivants. Certaines trouvent leur nourriture directement dans le gaz carbonique de l'air ; d’autres utilisent l'azote gazeux atmosphérique, exploitent les déchets azotés, tirent l'azote de l'ammoniaque ou des nitrates du sol. Grâce à leurs modes de nutrition variés, les bactéries jouent dans la nature un rôle capital en assurant un brassage continuel de la matière entre le sol, l'atmosphère et les autres êtres vivants.
Reproduction
Les bactéries se reproduisent par simple division en deux de leur cellule (scissiparité). Elles peuvent également échanger du matériel génétique (conjugaison) pour brasser leurs gènes.
Relation avec les êtres humains
Certaines bactéries constituent des agents infectieux redoutables pour les êtres humains. De nombreuses parades sont aujourd’hui mises en place pour les contrer : vaccination, stérilisation de produits alimentaires ou de matériel, antibiotiques… etc. Mais ce sont également de précieuses alliées : au-delà du rôle primordial qu’elles jouent dans le métabolisme de nombreux êtres vivants, elles forment aujourd'hui l’un des principaux matériels de base de la recherche en génétique et sont indispensables dans de nombreux domaines industriels.
1. Partout présentes
Les bactéries constituent, par leur importance dans la biomasse, leur multiplication rapide et leur action biochimique, un groupe d'une importance capitale pour l'équilibre du monde vivant. En effet, dans un gramme de sol ou un millilitre d’eau douce, les bactéries se comptent par millions ; sur 1 cm2 de peau, elles sont entre 1 000 et 10 000 (au total, les cellules bactériennes sur et dans notre corps sont plus nombreuses que les cellules qui le constituent !).
Les bactéries, au centre du débat sur l'origine de la vie (→ évolution), accompagnent l'aventure de la Terre depuis près de 4 milliards d'années : une bactérie fossile a été découverte dans une roche africaine datant de 3,5 milliards d'années ; des traces fossiles d'activité de cyanobactéries vieilles de 3,8 milliards d'années ont été trouvées dans la baie de Shark, à l'ouest de l'Australie ; d'autres, datant de la même époque, ont été prélevées dans des roches de la région d'Isua, au sud-ouest du Groenland.
Partout présentes (dans les sols, les eaux douces, saumâtres ou salées, l'air, les plantes, les animaux...), les bactéries jouent un rôle capital dans la transformation des éléments constitutifs de la matière vivante.
2. Structure des bactéries
Les bactéries sont des organismes microscopiques unicellulaires qui représentent la plus simple et peut-être la première forme de vie cellulaire ; elles possèdent (et sont différentes en cela des virus) l'ensemble des mécanismes nécessaires à leur propre reproduction. Ce sont des cellules dites procaryotes. Elles se distinguent des cellules eucaryotes en ce qu’elles ne contiennent pas de noyau entouré d'une membrane séparant le matériel génétique du cytoplasme ; elles ne renferment pas non plus d'organites spécialisés comme les mitochondries et les chloroplastes.
Comme les cellules végétales, les bactéries possèdent une paroi entourant leur membrane. La structure de cette paroi permet de différencier les bactéries Gram positif (à paroi épaisse) des bactéries Gram négatif (à paroi fine).
Certaines bactéries sont mobiles, grâce à des cils et/ou des flagelles ; les autres, non ciliées, sont immobiles.
3. Forme
Les bactéries peuvent être isolées, ou rester groupées avec les individus résultant de leur scission. Elles se répartissent en trois grands ensembles de formes :
– sphériques : ce sont les coques ou cocci (coccus au singulier), qui peuvent former des chaînes, comme les streptocoques, ou bien s’agglutiner en « grappes de raisin », comme les staphylocoques ;
– incurvées : ce sont les vibrions, comme le vibrion du choléra par exemple ;
– spiralées : ce sont les spirilles ou spirochètes, à l'origine de spirochétoses (comme Treponema pallidum, agent de la syphilis, ou les bactéries du genre Leptospira).
D'autres bactéries, les mycoplasmes, sont dépourvues de parois rigides, et par conséquent n'ont pas de forme déterminée.
Ensemencées sur certains milieux, les bactéries s'y développent en colonies dont l'aspect (forme, couleur, taille) est différent selon les espèces (surface de la colonie lisse ou rugueuse, à bords réguliers ou dentelés, etc.).
4. Taille et habitat
Mille milliards de bactéries de taille moyenne pèsent environ 1 g. La plupart des bactéries mesurent de 0,1 à 4 μm de large et de 0,2 à 50 μm de long. Une espèce, Thiomargarita namibiensis, la plus grande bactérie connue, est, avec 0,75 mm, visible à l’œil nu.
Certaines bactéries (par exemple Clostidium et Bacillus) ont des formes de résistance appelées spores (ou endospores, car elles se forment à l'intérieur du cytoplasme des bactéries), qui leur permettent de survivre à la dessiccation et pendant un certain temps à des températures élevées : elles ne meurent, ainsi, qu'après plusieurs heures à 100 °C (mais sont détruites à partir de 10 à 15 minutes à 120 °C). Elles résistent également aux désinfectants et aux rayonnements ultraviolets, mais sont détruites par les rayonnements ionisants. Il s'agit de la forme de vie la plus résistante que l'on connaisse. On en a même retrouvé dans des momies égyptiennes.
Quelques milliers d’espèces de bactéries ont pu être identifiées à ce jour dans les milieux les plus divers. Bien que dans les milieux extrêmes vivent surtout des archées, dites aussi archéobactéries (procaryotes d’origine très ancienne ressemblant à des bactéries, mais aux caractéristiques physico-chimiques très différentes), on y a également découvert quelques « vraies » bactéries. C’est le cas par exemple d’Acidothermus cellulolyticus, qui apprécie les températures supérieures à 70 °C et les milieux acides (pH autour de 5).
5. Métabolisme
Certaines bactéries ont besoin d'oxygène pour vivre, elles sont dites aérobies strictes (ou obligatoires) [Bacillus, Pseudomonas…] ; d'autres ne peuvent pas survivre en milieu oxygéné, elles sont dites anaérobies strictes (ou obligatoires). Celles qui vivent en présence d’oxygène mais peuvent le cas échéant survivre sans sont dites aérobies-anaérobies facultatives. Inversement, celles qui vivent en l'absence d’oxygène mais tolèrent sa présence sont dites anaérobies-aérobies facultatives.
De nombreuses bactéries photosynthétiques (c'est-à-dire qui pratiquent la photosynthèse) sont anaérobies. Certaines puisent leur énergie grâce, par exemple, à la fermentation lactique, dans la décomposition par les enzymes de molécules organiques. D'autres bactéries fonctionnent par chimiosynthèse (synthèse de molécules chimiques). Contrairement aux bactéries photosynthétiques, les bactéries dites lithotrophes ont recours à des composés inorganiques (soufre, azote) afin d'obtenir l'énergie qui leur est nécessaire. Les sulfobactéries, qui vivent dans un milieu pauvre en oxygène, produisent du soufre, et non de l'oxygène comme les plantes vertes. Dans tous les cas, l'énergie produite est stockée sous la forme de molécules organiques.
6. Reproduction
La plupart des bactéries se reproduisent de manière asexuée par scissiparité : une cellule se divise en deux cellules filles. Chez de nombreuses espèces, lorsque les conditions sont favorables, la division peut avoir lieu toutes les 20 min. Si tous les descendants survivent, la cellule initiale a donc produit au moins 500 000 nouvelles cellules au bout de 6 h ! Un tel rythme explique les capacités de prolifération des bactéries (pathogènes ou non) lorsque les conditions s'y prêtent ; il explique aussi la raison de leur utilisation dans l'industrie.
Certaines bactéries, telle Escherichia coli, pratiquent des échanges de matériel génétique : c’est le phénomène de la conjugaison, qui se rapproche d’une reproduction sexuée dans le sens qu’il permet un brassage des gènes. Une cellule dite « mâle » ou « donneuse » introduit son matériel génétique dans une cellule dite « femelle » ou « receveuse », par l'intermédiaire d'un tube de conjugaison (ce tube est à distinguer du cil ou flagelle, organe locomoteur de la bactérie). Comme dans la reproduction sexuée, les « chromosomes » bactériens (en fait des molécules d’ADN circulaires), supports du matériel héréditaire, se recombinent entre eux. Le plus souvent, un fragment entier de « chromosome » du donneur est incorporé dans le « chromosome » receveur.
Grâce à ces recombinaisons, la conjugaison augmente le polymorphisme (éventail de caractéristiques héréditaires d'une espèce bactérienne), accroissant ainsi les chances de survie des espèces qui la pratiquent.
7. Rôle écologique
Malgré la mauvaise image attachée aux bactéries, qui les associe à la maladie, il est important de souligner le rôle bénéfique de ces micro-organismes. En effet, la plupart des bactéries sont inoffensives pour les hommes, et nombre d'entre elles contribuent de façon essentielle à la survie des animaux et des végétaux. Seul un petit nombre de bactéries est pathogène, le plus grand nombre n'attaquant que la matière organique morte. Si les bactéries ne décomposaient pas les déchets animaux, les plantes ou les animaux morts, ces matériaux s'accumuleraient indéfiniment. Elles jouent ainsi un rôle majeur dans les cycles de la matière, et contribuent à fertiliser les sols en décomposant le terreau, constitué de terre et de matières végétales mortes.
Les bactéries contribuent aussi à enrichir le sol d'autres façons. Il existe par exemple des bactéries fixatrices d'azote, qui prélèvent ce gaz dans l'atmosphère et le transforment en nitrates utiles aux plantes vertes pour leur croissance. Les légumineuses présentent ainsi de petits nodules situés naturellement à la racine, qui contiennent des bactéries de type Rhizobium, véritables « engrais verts » fixant l'azote atmosphérique. Chez les cyanobactéries, un grand nombre fixe également l'azote de l'atmosphère.
8. Critères de classification des bactéries
Les progrès de la biologie au xxe s. ont établi que les bactéries, comme certains autres organismes, n'appartiennent ni au règne animal ni au règne végétal. Classées jusque dans les années 1960 dans le règne végétal, selon le système traditionnel à deux règnes (animal et végétal), les bactéries étaient jusque-là considérées comme la forme la plus élémentaire des champignons (qui ont depuis, eux aussi, été élevés au rang de règne à part entière). On leur attribuait alors le nom de schizomycètes, ou « champignons scissipares ».
Les bactéries ont ensuite été classées dans le règne des procaryotes (êtres unicellulaires sans membrane nucléaire), divisé en deux grands ensembles : les archéobactéries (bactéries « archaïques », présentent sur Terre depuis les balbutiements de la vie) et les eubactéries (« vraies bactéries »). Mais l’on a découvert qu'elles présentent des caractéristiques physico-chimiques bien différentes les unes des autres. En réalité, la différence qui sépare les archéobactéries des bactéries est aussi importante que celle qui sépare eucaryotes et procaryotes : les premières sont désormais rangées dans un règne à part entière, et appelées archées. Le terme d’eubactéries est également abandonné. On considère donc aujourd’hui que les procaryotes rassemblent deux règnes distincts : les archées et les bactéries.
Les critères pour classer les bactéries sont si nombreux qu'il existe plusieurs classifications. On peut les ranger en fonction de leur aptitude à sporuler (bactéries sporulées ou asporulées), de leur réaction à la coloration de Gram (bactéries Gram positif et Gram négatif), de leurs conditions de vie (bactéries aérobies et anaérobies) ou encore des réactions chimiques qu'elles provoquent dans leur milieu (sulfobactéries, ferrobactéries).
La structure de la paroi bactérienne
Gram négatif et Gram positif
La coloration de Gram, méthode mise au point en 1884 par le naturaliste danois Hans Christian Joachim Gram (1853–1938), constitue la technique la plus fréquemment utilisée pour identifier les bactéries, en les divisant en deux groupes : Gram positif et Gram négatif.
L'utilisation de préparations colorées permet d'obtenir d'obtenir des couleurs différentes (violet, rose) selon les bactéries. Cela est dû à la structure des parois cellulaires : le type Gram positif a une paroi cellulaire d'aspect uniforme, alors que celle des Gram négatif est beaucoup plus mince et d'aspect laminé. En médecine, les traitements sont adaptés selon les résultats obtenus : les bactéries Gram positif sont plus sensibles à la pénicilline, alors que les bactéries Gram négatif sont davantage atteintes par les antibiotiques de type streptomycine.
Pectocellulose ou peptidoglycane
Comme les cellules végétales, les cellules bactériennes sont entourées d'une paroi rigide, mais sa composition est différente. En effet, les premières possèdent une paroi renforcée par de la cellulose (paroi pectocellulosique), tandis que celle des secondes se compose principalement de muréine ou peptidoglycane, macromolécule n'existant que chez les procaryotes. Cette importante différence est à la base de l'activité sélective de certains médicaments, comme la pénicilline. Celle-ci, sans danger pour les plantes et les animaux, est toxique pour les bactéries, car elle empêche le peptidoglycane de se former et compromet ainsi le processus de reproduction.
9. Les bactéries pathogènes
Dans les pays en voie de développement, au moins 25 % des enfants meurent d'infections bactériennes (les diarrhées dues à des bactéries, en particulier, tuent 20 % des enfants de 0 à 4 ans). Cette mortalité infantile, qui était celle des États-Unis il y a un siècle, est aujourd'hui inférieure à 5 % dans les pays industrialisés grâce à l'amélioration du système sanitaire, de l'hygiène (au sens large, en incluant la vaccination et l’alimentation).
Pour l'ensemble de la population (adultes compris) à l'échelle mondiale, quelques maladies bactériennes causent encore des ravages. Ainsi, si la quasi-disparition de la fièvre typhoïde (causée par Salmonella typhi) représente un succès de la médecine préventive dans les pays riches, cette maladie frappe encore environ 17 millions de personnes chaque année dans le monde (estimation de l'OMS) – principalement en Asie, en Afrique et en Amérique latine –, et tue plus de 200 000 personnes par an.
9.1. Jalons historiques
La découverte des agents infectieux
Devant la propagation de certaines maladies, on postule dès l'Antiquité l'existence d'agents infectieux transmissibles et invisibles à l'œil nu. Dans son livre sur les maladies contagieuses, publié en 1546, le médecin italien Jérôme Fracastor impute la transmission des maladies à des germes vivants qu'il nomme seminaria contagionis. Sa théorie sur les germes est exacte, mais ne peut être vérifiée qu'un siècle plus tard, après l'invention du microscope, qui rend possible la visualisation des agents mis en cause.
Les bactéries sont observées pour la première fois au xviie s. par un naturaliste hollandais, Antonie Van Leeuwenhoek. Celui-ci fabrique en effet des appareils à lentille unique dont le coefficient de grossissement est suffisant pour qu'il puisse découvrir l’existence de micro-organismes dans de la salive et dans de l’eau. Considéré comme le père de la bactériologie, il garde toutefois secrètes ses méthodes de fabrication et d'utilisation des ancêtres du microscope, ce qui empêche pendant longtemps d’autres naturalistes de concurrencer ses découvertes.
Mais l'on continue toutefois à faire des hypothèses à propos des voies de contamination (par contact direct ou par l'intermédiaire de l'air), ce qui va poser les premières bases de l'épidémiologie et conduire à la réfutation des thèses de la génération spontanée.
Le premier essai notable de classification des bactéries se fait au début des années 1800. Et, en 1829, le naturaliste Christian Gottfried Ehrenberg crée le terme bacterium, inspiré du mot grec baktêrion, qui signifie « petit bâton » – en référence à la forme de certaines bactéries (les bacilles).
Semmelweis, initiateur de l'asepsie
Vers 1845, Ignác Fülöp Semmelweis, obstétricien hongrois établi à Vienne, souhaite convaincre ses collègues incrédules qu'il est possible d'éviter la fièvre puerpérale qui provoque chaque année des ravages parmi les accouchées. Cette maladie est due à la propagation de streptocoques par les étudiants en médecine qui, quittant la salle de dissection, vont assister leurs patientes lors de l'accouchement sans s'être au préalable lavé les mains.
En obligeant ses étudiants à se désinfecter les mains à l'hypochlorite (solution de chlore plus connue sous le nom d'eau de Javel) avant chaque accouchement, Semmelweis réussit à réduire considérablement l'ampleur de l'infection et le nombre des décès dans le service hospitalier qui lui est affecté. Il est cependant discrédité par ses collègues qui ne voient pas l'importance que revêt cet acte simple.
Reconnaissance du rôle pathogène des bactéries
Il faut attendre 1876 pour que le rôle pathogène de certaines bactéries soit mis en évidence par le bactériologiste allemand Robert Koch lors de ses recherches sur le charbon (maladie pouvant évoluer vers la septicémie). Koch, dont la découverte est confirmée plus tard par la physicien et chimiste Louis Pasteur, met au point des techniques encore utilisées aujourd'hui pour la culture des bactéries et établit des règles permettant de prouver qu'une bactérie particulière, pathogène, est à l'origine d'une infection donnée.
Ces règles, qui portent le nom de postulats de Koch, peuvent être résumées de la façon suivante : la bactérie doit être présente dans le tissu infecté de chaque patient ; elle doit être isolée en culture pure sur un support artificiel ; l'inoculation de cette culture à des animaux de laboratoire doit causer la même maladie ; les organismes doivent être retrouvés dans les tissus animaux infectés.
Environ dix ans avant que Koch ne parvienne à isoler le bacille du charbon, le chirurgien anglais Joseph Lister a pratiquement réussi à éliminer l'infection des plaies en trempant les pansements dans de l'acide phénique. C'est le début des techniques modernes d'asepsie chirurgicale et le glas des infections postopératoires.
De la bactérie pathogène au vaccin
Après Koch, des chercheurs en médecine poursuivent ses recherches et identifient de nouvelles bactéries pathogènes. C'est le cas de Pasteur, qui, après des études sur les fermentations, s'intéresse aux maladies de la vigne et du ver à soie, puis à celles des animaux et de l'homme. En 1877, il publie un mémoire sur la fièvre charbonneuse des moutons dans lequel il décrit le mode de propagation et qu'il propose d'endiguer par la vaccination. Puis il s'intéresse à la rage (maladie transmise par un virus aux animaux et aux hommes).
Les vaccins, fabriqués à partir de micro-organismes infectieux (virus, bactéries) spécialement traités, sont inoculés aux hommes et aux animaux afin de les immuniser contre une maladie infectieuse donnée. L'étude des mécanismes de défense corporels face à l'introduction de bactéries donne plus tard naissance à l'immunologie. Celle-ci est donc inséparable de la bactériologie, même si elle constitue une branche séparée de la médecine.
On sait désormais que les bactéries se propagent par l'intermédiaire de l'air, des insectes, de l'eau, de la nourriture, ainsi que par le contact direct avec les hommes, les animaux et les objets contaminés.
9.2. Lutte contre les bactéries pathogènes
Divers moyens sont mis en œuvre pour détruire les bactéries qui sont dangereuses pour l’homme.
Les traitements par la chaleur
La plupart des bactéries meurent à la chaleur. C’est le principe de la pasteurisation, procédé mis au point par Pasteur pour décontaminer le vin, de la stérilisation par la chaleur et de la thermisation.
La pasteurisation
La pasteurisation est utilisée pour éliminer les bactéries pathogènes de divers aliments et boissons, comme le lait, la bière, les jus de fruits, la crème, certains œufs de poisson, les compotes, etc. Elle ne supprime pas la totalité des germes. C’est un traitement doux à la chaleur, entre 65 °C (pasteurisation basse température) et 85 °C (pasteurisation haute température) environ. Le lait, par exemple, est traité en « pasteurisation éclair » : le liquide est chauffé à 72 °C pendant 15 secondes environ, puis très rapidement refroidi. Il doit être ensuite conservé au froid (le lait pasteurisé est un « lait frais », vendu au rayon frais), pendant une durée relativement courte.
La stérilisation par la chaleur
Au-dessus d’une température de 100 °C, toutes les bactéries qui ne sont pas sous une forme de résistance (bactéries non sporulées) meurent. Les bactéries sporulées, elles, disparaissent à partir de 115 °C. On dit que le produit traité est stérilisé. Dans le domaine de l’alimentation, c’est le principe appliqué pour réaliser les conserves, qui sont chauffées entre 115 et 140 °C (procédé d’appertisation, mis au point par Nicolas Appert à la fin du xviiie s.). On l’utilise aussi pour le lait, les jus de fruits, les nectars... : c’est le traitement UHT (ultra-haute température), au cours duquel les aliments sont portés à 135-140 °C pendant 2 à 10 secondes puis immédiatement conditionnés. Ce procédé permet de conserver les aliments pendant plusieurs mois à température ambiante (tant que le conditionnement n’est pas ouvert).
Dans le domaine médical, on utilise la chaleur pour stériliser les instruments chirurgicaux : passage dans un autoclave (pour une stérilisation à la vapeur) après désinfection et nettoyage.
Les bactéries sans spores ne résistent pas à l'eau bouillante. Ainsi, l’eau contaminée peut être stérilisée en la faisant bouillir. L’eau bouillante elle-même permet de stériliser des objets (bocaux pour les confitures, biberons, etc.). Les stérilisateurs (à bocaux ou à biberons) utilisent la vapeur – comme les autoclaves des hôpitaux et des laboratoires.
La thermisation
La thermisation est un traitement du lait qui a été mis au point pour éliminer les bactéries pathogènes, tout en altérant moins le goût et les qualités nutritives que la pasteurisation. Il consiste en un chauffage léger du lait selon plusieurs modalités : 45 °C pendant 30 minutes, 63 °C pendant 16 secondes ou 72 °C pendant 1 seconde. Comme le lait pasteurisé, le lait thermisé est un lait frais qui ne se conserve que peu de temps (15 jours).
La microfiltration
La microfiltration est un procédé qui permet d’éliminer les bactéries des liquides (le lait essentiellement) en les retenant dans des membranes (comme les laits pasteurisé et thermisé, c’est un lait frais).
Les désinfectants et antiseptiques
Diverses substances permettent de tuer les bactéries (ainsi que les autres micro-organismes) ou d’inhiber leur croissance : on appelle antiseptiques ceux que l’on utilise sur des tissus vivants (la peau, les muqueuses, les plaies), désinfectants ceux que l’on emploie sur les surfaces, les objets, les instruments.
Parmi les molécules à visée antiseptique et désinfectante les plus courantes, citons le phénol (acide phénique), le chlore (l'eau potable est traitée par cette substance afin que soit éliminée la grande majorité des agents pathogènes) et les dérivés chlorés (eau de Javel, solution Dakin), les dérivés iodés (Bétadine), les péroxydes (eau oxygénée), l’éosine, les composés organomercuriels (Mercurochrome), ainsi que l'alcool (50°, 70°, 90°, solutions hydro-alcooliques).
Les antibiotiques
Les antibiotiques permettent de lutter contre les maladies infectieuses dues à des bactéries (ils n’ont en revanche aucun effet sur celles dues à des virus, des champignons ou des parasites). Les antibiotiques naturels sont notamment produits par des moisissures (comme Penicillium, qui fabrique la pénicilline) et par des bactéries (dans les populations naturelles de bactéries, certaines sont bactéricides, ce qui leur permet d’éliminer la « concurrence » sur un milieu donné).
Les molécules antibiotiques sont de deux types : les bactéricides, qui tuent les bactéries, et les bactériostatiques, qui bloquent leur multiplication. Pour rechercher l'antibiotique spécifique d'une souche bactérienne trouvée chez un malade, un antibiogramme est réalisé dans un laboratoire d'analyses biomédicales.
10. Les bactéries et la biologie moderne
Jusque dans les années 1950, la bactériologie est une branche de la médecine qui se consacre uniquement à l'étude des bactéries pathogènes. Lorsqu'elle devient une branche de la microbiologie, discipline qui s'intéresse à tous les micro-organismes, les bactéries sont étudiées sous d’autres aspects (leur écologie par exemple). Elles sont aussi devenues des matériaux d'étude de la génétique moléculaire (sur la structure et les fonctions de l'ADN) et des mécanismes élémentaires communs à toutes les cellules (comme certains métabolismes, les modes de régulation cellulaire et la synthèse des protéines). Ces études ont mis en évidence de nombreuses ressemblances entre les bactéries et les cellules d'organismes supérieurs, notamment le mode de fabrication des enzymes et les voies métaboliques.
En tant que matériel d'étude, les bactéries présentent de nombreux avantages par rapport à d'autres cellules : elles possèdent une structure relativement simple, font partie d'une population cellulaire homogène (toutes les cellules descendant d’un même ascendant sont identiques – ce sont des clones), se développent extrêmement vite, et des milliards de cellules peuvent être cultivées et sélectionnées facilement afin de créer des hybridations ou des mutations. Les mutations obtenues ont permis d'identifier le rôle de divers gènes et protéines, et de déterminer les causes de la résistance bactérienne aux antibiotiques.
10.1. Modification du génome bactérien
Outre les phénomènes de conjugaison (transfert d'ADN d'une cellule « mâle » dans une cellule « femelle »), de transformation (les bactéries sont capables de « capter » de l'ADN présent dans leur environnement) et de mutation, les bactéries peuvent voir leur information génétique modifiée par transduction. Lors de l'infection d'une bactérie par un virus bactériophage, l'ADN de ce dernier entre dans la cellule hôte. Le bactériophage se multiplie, puis la cellule bactérienne éclate et libère les nouveaux virus. Parmi ces derniers, certains ont incorporé un fragment d'ADN de la bactérie : en se fixant sur d'autres bactéries et en y injectant à leur tour leur ADN – contenant le fragment bactérien –, ils permettent la transduction des gènes d'une bactérie à une autre. Enfin, certains bactériophages « défectueux » n'entraînent pas la destruction de la cellule hôte (lysogénie) : de nouvelles bactéries peuvent être infectées sans être détruites, mais le transfert de gènes a bien eu lieu.
10.2. Utilisation des plasmides bactériens
De nombreuses bactéries contiennent des plasmides, minuscules morceaux d'ADN extra-chromosomique qui portent généralement des gènes bactériens. Le plasmide peut, dans certains cas, s'intégrer au « chromosome » bactérien. Certains plasmides portent des gènes codants pour quelques caractères de la bactérie donneuse, d'autres sont responsables de la synthèse de toxines, de la fabrication d'enzymes augmentant le métabolisme cellulaire, ou confèrent une résistance accrue à des antibiotiques et à des agents nuisibles : la cause de cette résistance, observée pour la première fois chez Escherichia coli, est souvent due à la consommation abusive d'antibiotiques.
Les plasmides, très utilisés par les biologistes moléculaires, servent de transporteurs de gène. Les techniques de génie génétique consistent à les isoler, à les ouvrir pour y insérer un gène, puis à les refermer. On obtient ainsi un ADN hybride dit recombiné. Le plasmide recombiné est placé dans une bactérie hôte, qu'il « infecte » à la manière d'un virus. Les gènes insérés se comportent de la même façon que le matériel génétique naturel de la cellule (réplication, transcription). On programme ainsi une bactérie pour fabriquer une protéine utile.
11. Les bactéries dans l'industrie
Sur le plan industriel, les bactéries jouent un rôle essentiel dans la fabrication du fromage, du yaourt et du babeurre (bactéries lactiques), du vinaigre (bactéries acétiques), de la choucroute, etc. Elles servent à la préparation d'antibiotiques (comme les streptomycines extraites de bactéries du sol), au tannage du cuir et des peaux, au séchage du tabac... Elles sont également employées dans les usines de traitement des effluents, afin de neutraliser les déchets organiques.
En l'absence de bactéries symbiotiques dans leur tube digestif, les bovins, les ovins et les caprins ne pourraient digérer les fibres dures de cellulose végétale. Cependant, les aliments dont le traitement industriel est mal adapté à la conservation sont susceptibles de renfermer des bactéries pathogènes (staphylocoques, streptocoques et salmonelles…) qui produisent des toxines et peuvent provoquer de graves maladies.
Clostridium botulinum, qui se développe au sein d'aliments fumés ou mis en boîte dans de mauvaises conditions, entraîne la formation d'une toxine qui est à l'origine du botulisme (paralysie musculaire), maladie grave, souvent mortelle.
