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Bactérie

Le terme bactérie est un nom vernaculaire qui désigne certains organismes vivants microscopiques et procaryotes présents dans tous les milieux. Le plus souvent unicellulaires, elles sont parfois pluricellulaires (généralement filamenteuses), la plupart des espÚces bactériennes ne vivant pas individuellement en suspension, mais en communautés complexes adhérant à des surfaces au sein d'un gel muqueux (biofilm)[1].

Coques Ă  gauche, Spirillum au centre, bacille Ă  droite.
Bactérie
Nom vulgaire ou nom vernaculaire ambigu :
l'appellation « Bactérie » s'applique en français à plusieurs taxons distincts.
Description de cette image, également commentée ci-aprÚs

Taxons concernés

En microbiologie :
  • Au sens classique : l'empire Prokaryota (les procaryotes)
  • Au sens restreint : le domaine Eubacteria (les eubactĂ©ries)

Les bactĂ©ries les plus grosses, dites bactĂ©ries gĂ©antes, sont visibles Ă  l'Ɠil nu. Jusqu'au dĂ©but du XXIe siĂšcle, les spĂ©cialistes considĂ©raient que les plus petites mesuraient 0,2 ÎŒm, mais il existe des ultramicrobactĂ©ries[2] - [3] - [4].

Les bactĂ©ries prĂ©sentent de nombreuses formes : sphĂ©riques (coques), allongĂ©es ou en bĂątonnets (bacilles) et des formes plus ou moins spiralĂ©es. L’étude des bactĂ©ries est la bactĂ©riologie, soit une des nombreuses branches de la microbiologie.

Il existe environ 10 000 espĂšces connues Ă  ce jour[5] - [6], mais la diversitĂ© rĂ©elle du groupe est probablement supĂ©rieure. L'estimation du nombre des espĂšces oscillerait entre 5 et 10 millions[7] - [8].

Les bactĂ©ries sont ubiquitaires et sont prĂ©sentes dans tous les types de biotopes rencontrĂ©s sur Terre. Elles peuvent ĂȘtre isolĂ©es du sol, des eaux douces, marines ou saumĂątres, de l’air, des profondeurs ocĂ©aniques, des dĂ©chets radioactifs[9], de la croĂ»te terrestre, sur la peau et dans l’intestin des animaux ou des humains. Les bactĂ©ries ont une importance considĂ©rable dans les cycles biogĂ©ochimiques comme le cycle du carbone et la fixation de l’azote de l’atmosphĂšre.

Un nombre important de bactéries vit dans le corps humain, d'ordre comparable à la quantité des cellules qui le constituent, mais la masse de ces derniÚres est plus importante. La plupart de ces bactéries sont inoffensives ou bénéfiques pour l'organisme. Il existe cependant de nombreuses espÚces pathogÚnes à l'origine de beaucoup de maladies infectieuses.

Deux Klebsiella pneumoniae (bacilles) aux prises avec un leucocyte humain (neutrophile). Image de microscopie électronique à balayage recolorée. Noter l'aspect granuleux de sa paroi qui correspond à sa capsule, sorte de barriÚre externe qui la rend plus résistante à la phagocytose[10].

Les bactĂ©ries peuvent ĂȘtre trĂšs utiles Ă  l’humain lors des processus de traitement des eaux usĂ©es, dans le secteur agroalimentaire lors de la fabrication des yaourts ou du fromage et dans la production industrielle de nombreux composĂ©s chimiques[11].

Histoire

Origine de la bactériologie

Les bactéries étant microscopiques, elles ne sont donc visibles qu'avec un microscope. Antoine van Leeuwenhoek fut le premier à observer des bactéries, grùce à un microscope de sa fabrication, en 1676[12]. Il les appela « animalcules » et publia ses observations dans une série de lettres qu'il envoya à la Royal Society[13] - [14] - [15].

Au XIXe siĂšcle, les travaux de Louis Pasteur ont rĂ©volutionnĂ© la bactĂ©riologie. Il dĂ©montra en 1859 que les processus de fermentation sont causĂ©s par des microorganismes et que leur croissance n’était pas due Ă  la gĂ©nĂ©ration spontanĂ©e. Il dĂ©montra aussi le rĂŽle des microorganismes comme agents infectieux[16]. Pasteur conçut Ă©galement des milieux de culture, des procĂ©dĂ©s de destruction des microorganismes comme l’autoclave et la pasteurisation.

Le mĂ©decin allemand Robert Koch et ses collaborateurs mirent au point les techniques de culture des bactĂ©ries sur milieu solide. Robert Koch est un des pionniers de la microbiologie mĂ©dicale, il a travaillĂ© sur le cholĂ©ra, la maladie du charbon (anthrax) et la tuberculose. Il dĂ©montra de façon claire qu’une bactĂ©rie pouvait ĂȘtre l’agent responsable d’une maladie infectieuse et il proposa une sĂ©rie de postulats (les postulats de Koch, toujours utilisĂ©s aujourd'hui[17]) confirmant le rĂŽle Ă©tiologique d’un microorganisme dans une maladie. Il obtient le prix Nobel de physiologie ou mĂ©decine en 1905[18].

Si les bactĂ©ries Ă©taient connues au XIXe siĂšcle, il n’existait pas encore de traitement antibactĂ©rien. En 1909, Paul Ehrlich mit au point un traitement contre la syphilis avant l’utilisation de la pĂ©nicilline en thĂ©rapeutique suggĂ©rĂ©e par Ernest Duchesne en 1897 et Ă©tudiĂ©e par Alexander Fleming en 1929. Ehrlich reçut le prix Nobel pour ses travaux sur l'immunologie en 1908, et fut un pionnier de l'usage de colorants pour dĂ©tecter et identifier les bactĂ©ries, son travail Ă©tant la base de la coloration de Gram et de la coloration de Ziehl-Neelsen[19].

Les microbiologistes Martinus Beijerinck et Sergei Winogradsky initiĂšrent les premiers travaux de microbiologie de l’environnement et d’écologie microbienne en Ă©tudiant les relations entre ces microorganismes au sein de communautĂ©s microbiennes du sol et de l’eau.

DĂ©finition et Ă©tymologie

Le mot « bactĂ©rie » apparaĂźt pour la premiĂšre fois avec le naturaliste et zoologiste allemand Christian Gottfried Ehrenberg en 1838[20]. Ce mot dĂ©rive du grec ÎČαÎșτηρÎčÎżÎœ, qui signifie « bĂątonnet ». ParallĂšlement Haeckel inventa en 1866 l'embranchement Monera pour regrouper au sein de son rĂšgne Protista tous les microorganismes sans structure interne (bien qu'excluant les cyanobactĂ©ries, alors classĂ©es parmi les plantes). Ferdinand Cohn utilisa Ă  son tour le terme Bacteria comme taxon en 1870 et tenta le premier de les classer rigoureusement selon leur morphologie[21]. Pour Cohn, les bactĂ©ries Ă©taient des plantes primitives non chlorophylliennes. À la suite des travaux de Cohn, Haeckel rĂ©visa la circonscription de ses « monĂšres » pour y inclure les cyanobactĂ©ries[22]. Les termes de « monĂšre » et de « bactĂ©rie » devinrent alors synonymes[21].

En 1938 Herbert Copeland Ă©leva les monĂšres au rang de rĂšgne, Ă  un niveau dĂ©sormais Ă©gal aux animaux, plantes et protistes[23]. Ce n'est qu'en 1957 qu'AndrĂ© Lwoff distingua avec clartĂ© les concepts de bactĂ©rie et de virus[24] grĂące Ă  des arguments biochimiques et structuraux. Enfin, Roger Stanier et Cornelis van Niel dĂ©finirent pour la premiĂšre fois rigoureusement en 1962 le concept de bactĂ©rie par l’absence d’organite membranĂ© (et en particulier de vĂ©ritable noyau, donc de mitose)[25].

Noms français et noms scientifiques correspondants

Liste alphabétique de noms vulgaires ou de noms vernaculaires attestés[26] en français.

Controverse terminologique

En 1977, Carl Woese grùce à ses travaux de phylogénie moléculaire divisa les procaryotes en deux domaines : les Eubacteria et les Archaebacteria[30] ; il les renomma respectivement Bacteria et Archaea lors de la révision de sa nomenclature en 1990[31]. Le mot « bactérie » faisant référence à l'ensemble des procaryotes avant 1990, ce renommage a provoqué une certaine ambiguïté dans l'utilisation de ce terme et n'a donc pas été accepté par tous les biologistes[32] - [33] - [34] - [35] - [36].

Certains biologistes[21] - [37] pensent que cette tentative de renommage tient davantage de la propagande (de la part de Carl Woese, afin d'accréditer ses idées) que de la science :

« Therefore archaebacterial cell structure, growth, division, and genetics remained fundamentally bacterial or prokaryotic. Early claims that archaebacteria are a “third form of life” in addition to eukaryotes and prokaryotes/bacteria are thus falsified, despite misleading, confusing, purely propagandistic name changes that some of us never accepted [
][37] »

Et plus loin dans le mĂȘme article :

« Differences between archaebacteria and eubacteria have been grossly exaggerated. »

Dans un cadre kuhnien la théorie des trois domaines qui sous-tend ce changement de nomenclature est parfois analysé comme un paradigme de la bactériologie moderne[38] - [39] - [21], ce qui expliquerait les résistances (principalement de nature sociologiques) contre sa remise en cause.

Morphologie et anatomie

Forme et taille des bactéries

Escherichia coli, une bactérie en forme de bacille, observées au microscope électronique.

Les bactĂ©ries prĂ©sentent une grande diversitĂ© de tailles et de formes. Les cellules bactĂ©riennes typiques ont une taille comprise entre 0,5 et 5 Â”m de longueur, cependant, quelques espĂšces comme Thiomargarita namibiensis et Epulopiscium fishelsoni peuvent mesurer jusqu’à 750 Â”m (0,75 mm) de long et ĂȘtre visibles Ă  l’Ɠil nu[40] - [41] (voir bactĂ©rie gĂ©ante). Thiomargarita magnifica, dĂ©couverte en 2019, peut mĂȘme mesurer jusqu'Ă  cm. Parmi les plus petites bactĂ©ries, les mycoplasmes mesurent 0,3 Â”m, soit une taille comparable Ă  certains gros virus[42].

La plupart des bactĂ©ries sont soit sphĂ©riques soit en forme de bĂątonnets. Dans le premier cas elles sont appelĂ©es coques (du grec kĂłkkos, grain) et dans le second bacilles (du latin baculus, bĂąton). Il existe aussi des formes intermĂ©diaires : les coccobacilles. Quelques bactĂ©ries en forme de bĂątonnets sont lĂ©gĂšrement incurvĂ©es comme les Vibrio. D’autres bactĂ©ries sont hĂ©licoĂŻdales. Ce sont des spirilles si la forme est invariable et rigide, des spirochĂštes si l’organisme est flexible et peut changer de forme. La grande diversitĂ© de formes est dĂ©terminĂ©e par la paroi cellulaire et le cytosquelette. Les diffĂ©rentes formes de bactĂ©ries peuvent influencer leur capacitĂ© d’acquĂ©rir des nutriments, de s’attacher aux surfaces, de nager dans un liquide et d’échapper Ă  la prĂ©dation.

Association de bactéries

Les bactéries présentent une grande diversité de morphologies et d'arrangements cellulaires.

Beaucoup d’espĂšces bactĂ©riennes peuvent ĂȘtre observĂ©es sous forme unicellulaire isolĂ©e alors que d’autres espĂšces sont associĂ©es en paires comme les Neisseria ou en chaĂźnette, caractĂ©ristique des Streptocoques. Dans ces cas, les coques se divisent selon un axe unique et les cellules restent liĂ©es aprĂšs la division. Certains coques se divisent selon un axe perpendiculaire et s’agencent de façon rĂ©guliĂšre pour former des feuillets. D’autres se divisent de façon dĂ©sordonnĂ©e et forment des amas comme les membres du genre Staphylococcus qui prĂ©sentent un regroupement caractĂ©ristique en grappe de raisins. D'autres bactĂ©ries peuvent s’élonger et former des filaments composĂ©s de plusieurs cellules comme les actinobactĂ©ries.

En dépit de leur apparente simplicité, elles peuvent former des associations complexes. Des capteurs leur permettent de détecter d'autres bactéries ou une surface (ce qui induit souvent chez elle un changement de comportement ; ainsi Pseudomonas aeruginosa ne devient virulente et n'active ses gÚnes de résistance que quand son « sens du toucher » l'informe qu'elle entre en contact avec une surface ; muqueuse pulmonaire par exemple[43]).

Les cyanobactĂ©ries forment des chaĂźnes appelĂ©es trichomes oĂč les cellules sont en relation Ă©troite, grĂące Ă  des Ă©changes physiologiques. Certaines bactĂ©ries forment des colonies pouvant solidement s’attacher aux surfaces. Ces « biofilms » sont un arrangement complexe de cellules et de composants extracellulaires, formant des structures secondaires comme des microcolonies, au sein desquelles se forme un rĂ©seau de canaux facilitant la diffusion des nutriments.

Structure

Structures de la cellule bactérienne
Bacillus anthracis (bùtonnets violets foncé, donc à Gram positif) se développant dans du liquide céphalo-rachidien.

Une caractĂ©ristique importante des bactĂ©ries est la paroi cellulaire. La paroi donne Ă  la bactĂ©rie sa forme et la protĂšge contre l’éclatement sous l’effet de la trĂšs forte pression osmotique du cytosol. Les bactĂ©ries peuvent ĂȘtre structuralement divisĂ©es en deux groupes : les bactĂ©ries Ă  paroi unimembranĂ©e (ne contenant qu'une seule membrane, la membrane plasmique, voir Unimembrana) et les bactĂ©ries Ă  paroi bimembranĂ©e (constituĂ©e de deux membranes superposĂ©es, la membrane interne et la membrane externe, voir Negibacteria). La coloration de Gram est un critĂšre empirique, quoique imparfait, permettant de dĂ©terminer la structure de la paroi bactĂ©rienne.

Certains organites extracellulaires comme les flagelles ou les poils peuvent ĂȘtre enchĂąssĂ©s dans la paroi cellulaire. Quelques bactĂ©ries peuvent fabriquer de fines couches externes Ă  la paroi cellulaire, gĂ©nĂ©ralement essentiellement constituĂ©es de polysaccharides (des sucres). D'autres bactĂ©ries peuvent s’envelopper d’une couche protĂ©ique appelĂ©e la couche S.

En tant que procaryote (organisme sans noyau), les bactĂ©ries sont des cellules relativement simples, caractĂ©risĂ©es par une absence de noyau et d’organites comme les mitochondries et les chloroplastes, elles n'ont pas non plus de rĂ©ticulum endoplasmique ou d'appareil de Golgi[44].

Métabolismes bactériens

Le mĂ©tabolisme d’une cellule est l’ensemble des rĂ©actions chimiques qui se produisent au niveau de cette cellule. Pour rĂ©aliser ce processus, les bactĂ©ries, comme toutes les autres cellules, ont besoin d’énergie. L’ATP est la source d’énergie biochimique universelle, commune Ă  toutes les formes de vie, mais les rĂ©actions d’oxydo-rĂ©duction impliquĂ©es dans sa synthĂšse sont trĂšs variĂ©es selon les organismes et notamment chez les bactĂ©ries.

Les bactĂ©ries vivent dans pratiquement toutes les niches environnementales de la biosphĂšre. Elles peuvent ainsi utiliser une trĂšs large variĂ©tĂ© de source de carbone et/ou d’énergie[45].

Les bactĂ©ries peuvent ĂȘtre classĂ©es selon leur type de mĂ©tabolisme, en fonction des sources de carbone et d’énergie utilisĂ©s pour la croissance, les donneurs d’électrons et les accepteurs d’électrons[46].

Type trophique en fonction de la classe et la nature du besoin
Classe du besoin Nature du besoin Type trophique
Source de carbone CO2 Autotrophe
Composé organique Hétérotrophe
Substrat énergétique

(donneur d'Ă©lectrons)

Minéral Lithotrophe
Organique Organotrophe
Source d'Ă©nergie LumiĂšre Phototrophe
Oxydation biochimique Chimiotrophe

L’énergie cellulaire des chimiotrophes est d’origine chimique alors que celle des phototrophes est d’origine lumineuse. La source de carbone des autotrophes est le dyoxyde de carbone, tandis que des substrats organiques sont la source de carbone des hĂ©tĂ©rotrophes. Il est aussi possible de distinguer deux sources possibles de protons (H+) et d'Ă©lectrons (e-) : les bactĂ©ries rĂ©duisant des composĂ©s minĂ©raux sont des lithotrophes alors que celles rĂ©duisant des substances organiques sont des organotrophes.

Tout organisme vivant rĂ©alise en permanence de nombreuses rĂ©actions chimiques destinĂ©es Ă  construire les biomolĂ©cules indispensables Ă  la vie, et particuliĂšrement lipides, protĂ©ines, acides nuclĂ©iques et saccharides. Ces rĂ©actions ne sont possibles que grĂące Ă  l'Ă©nergie accumulĂ©e Ă  la suite d’autres rĂ©actions chimiques. Le mĂ©tabolisme d'une bactĂ©rie est l'ensemble des rĂ©actions chimiques qui se produisent au niveau de la cellule bactĂ©rienne[47]. Les besoins Ă©nergĂ©tiques de la bactĂ©rie peuvent ĂȘtre satisfaits par deux mĂ©canismes :

  • la photosynthĂšse, au cours de laquelle la lumiĂšre est utilisĂ©e comme source d’énergie ;
  • l'oxydation de substances chimiques (substrats Ă©nergĂ©tiques), qui utilise une source d’énergie chimique.

Physiologie et génétique

Les bactéries possÚdent un chromosome généralement unique et circulaire (mais il y a des exceptions) qui porte la majorité des gÚnes. Certains gÚnes ayant des fonctions particuliÚres (résistance à un antibiotique, un prédateur, adaptation physiologique au milieu, etc.) sont cependant localisés sur des petites sections d'ADN circulaire libres appelées plasmides.

Il existe une grande diversité de métabolismes par rapport aux eucaryotes. D'ailleurs la phototrophie et l'autotrophie chez les eucaryotes sont toujours le résultat d'une symbiose avec des bactéries (certains lichens par exemple) et/ou d'une symbiogenÚse impliquant une cyanobactérie (chloroplaste).

Source de matiÚre : hétérotrophie vs autotrophie

Source d'Ă©nergie : phototrophie vs chimiotrophie

Bactéries et écosystÚme

Les bactĂ©ries, avec les autres micro-organismes, participent pour une trĂšs large part Ă  l’équilibre biologique existant Ă  la surface de la Terre. Elles colonisent en effet tous les Ă©cosystĂšmes et sont Ă  l’origine de transformations chimiques fondamentales lors des processus biogĂ©ochimiques responsables du cycle des Ă©lĂ©ments sur la planĂšte.

Une population de bactéries peut avoir un comportement coordonné grùce à une messagerie moléculaire, le quorum sensing.

Dans les biofilms

Au sein des biofilms des relations s'Ă©tablissent entre bactĂ©ries, conduisant Ă  une rĂ©ponse cellulaire intĂ©grĂ©e. Les molĂ©cules de la communication cellulaire ou « lang » sont soit des homosĂ©rines lactones pour les bactĂ©ries Ă  Gram nĂ©gatif, soit des peptides courts pour les bactĂ©ries Ă  Gram positif. De plus au sein de biofilms Ă©tablis, les caractĂ©ristiques physico-chimiques (pH, oxygĂ©nation, mĂ©tabolites) peuvent ĂȘtre nĂ©fastes au bon dĂ©veloppement bactĂ©rien et constituer donc des conditions stressantes. Les bactĂ©ries mettent en place des rĂ©ponses de stress qui sont autant d'adaptation Ă  ces conditions dĂ©favorables. En gĂ©nĂ©ral les rĂ©ponses de stress rendent les bactĂ©ries plus rĂ©sistantes Ă  toute forme de destruction par des agents mĂ©caniques ou des molĂ©cules biocides.

L'étude des canaux ioniques bactériens a permis à une équipe de chercheurs de mettre en évidence, en 2015, une synchronisation du métabolisme de certaines bactéries au sein des communautés de biofilms bactériens par des vagues d'ions potassium. Celles-ci résultent d'une boucle de rétroaction positive, dans laquelle un déclencheur métabolique induit la libération d'ions potassium intracellulaire, qui à son tour dépolarise les bactéries voisines. Cette vague de dépolarisation coordonne les états métaboliques entre les bactéries à l'intérieur et à la périphérie du biofilm. La suppression ou le blocage de l'activité des canaux potassium supprime cette réponse[48].

Écosystùme aquatique

Les eaux naturelles comme les eaux marines (ocĂ©ans) ou les eaux douces (lacs, mares, Ă©tangs, riviĂšres, etc.) sont des habitats microbiens trĂšs importants. Les matiĂšres organiques en solution et les minĂ©raux dissous permettent le dĂ©veloppement des bactĂ©ries. Les bactĂ©ries participent dans ces milieux Ă  l’autoĂ©puration des eaux. Elles sont aussi la proie des protozoaires. Les bactĂ©ries composant le plancton des milieux aquatiques sont appelĂ©es le bactĂ©rioplancton.

Il y a environ quarante millions de cellules bactĂ©riennes dans un gramme de sol et un million de cellules bactĂ©riennes dans un millilitre d’eau douce. On estime qu'il y aurait (Ă  un instant donnĂ©) quatre Ă  six quintillions (4  × 1030 Ă  6 × 1030), soit entre quatre et six mille milliards de milliards de milliards de bactĂ©ries dans le monde[49], reprĂ©sentant une grande partie de la biomasse du monde[49]. Cependant, un grand nombre de ces bactĂ©ries ne sont pas encore caractĂ©risĂ©es car non cultivables en laboratoire[50].

Bactérie du sol et du sous-sol

Une cheminée hydrothermale.

Le sol est composĂ© de matiĂšre minĂ©rale provenant de l’érosion des roches et de matiĂšre organique (l’humus) provenant de la dĂ©composition partielle des vĂ©gĂ©taux. La flore microbienne y est trĂšs variĂ©e. Elle comprend des bactĂ©ries, des champignons, des protozoaires, des algues, des virus, mais les bactĂ©ries sont les reprĂ©sentants les plus importants quantitativement. On peut y retrouver tous les types de bactĂ©ries, des autotrophes, des hĂ©tĂ©rotrophes, des aĂ©robies, des anaĂ©robies, des mĂ©sophiles, des psychrophiles, des thermophiles. Tout comme les champignons, certaines bactĂ©ries sont capables de dĂ©grader des substances insolubles d’origine vĂ©gĂ©tale comme la cellulose, la lignine, de rĂ©duire les sulfates, d’oxyder le soufre, de fixer l’azote atmosphĂ©rique et de produire des nitrates. Les bactĂ©ries jouent un rĂŽle dans le cycle des nutriments des sols, et sont notamment capables de fixer l’azote. Elles ont donc un rĂŽle dans la fertilitĂ© des sols pour l’agriculture. Les bactĂ©ries abondent au niveau des racines des vĂ©gĂ©taux avec lesquels elles vivent en mutualisme.

À la diffĂ©rence des milieux aquatiques, l’eau n’est pas toujours disponible dans les sols. Les bactĂ©ries ont mis en place des stratĂ©gies pour s’adapter aux pĂ©riodes sĂšches. Les Azotobacter produisent des cystes, les Clostridium et les Bacillus des endospores ou d’autres types de spores chez les ActinomycĂštes.

Dans le sous-sol, dans l'eau ou dans les cavitĂ©s humides, des bactĂ©ries colonisent inĂ©vitablement les galeries miniĂšres, puits de mines et leurs abords faillĂ©s ou Ă©vidĂ©s, y compris dans les centres de stockage souterrains ; elles sont parfois trouvĂ©e Ă  grande profondeur dans le sous-sol, y compris dans les remontĂ©es de forages d'eau ou de pĂ©trole. Elles peuvent lĂ  aussi modifier leur environnement, ĂȘtre source de CO2 ou de mĂ©thane, d'acidification, de corrosion, de mĂ©thylation, de putrĂ©faction et/ou interagir avec les nappes, certains mĂ©taux ou des matĂ©riaux de confinement (Rizlan Bernier-Latmani mĂšne sur ce sujet une campagne expĂ©rimentale d'Ă©tude Ă  des centaines de mĂštres de profondeur, au sein du laboratoire du Mont Terri, prĂšs de Saint-Ursanne dans le Jura, oĂč est Ă©tudiĂ©e la pertinence de la roche argileuse pour le stockage gĂ©ologique des dĂ©chets nuclĂ©aires[51]).

Environnements extrĂȘmes

Les bactĂ©ries peuvent aussi ĂȘtre rencontrĂ©es dans des environnements plus extrĂȘmes. Elles sont qualifiĂ©es d’extrĂ©mophiles. Des bactĂ©ries halophiles sont rencontrĂ©es dans des lacs salĂ©s, des bactĂ©ries psychrophiles sont isolĂ©es d’environnements froids comme des ocĂ©ans Arctique et Antarctique, des banquises. Des bactĂ©ries thermophiles sont isolĂ©es des sources chaudes ou des cheminĂ©es hydrothermales.

Plus anciennes bactéries en vie

En 2007, des forages dans le pergĂ©lisol du nord-est de la SibĂ©rie, du nord-ouest du Canada et de l'Antarctique ont permis Ă  des scientifiques de l'universitĂ© de Californie dirigĂ©e par le professeur Eske Willerslev (en) (UniversitĂ© de Copenhague) de mettre au jour des bactĂ©ries toujours vivantes vieilles d'environ 500 000 ans. Les chercheurs ont montrĂ© chez ces bactĂ©ries des signes de rĂ©paration de leur ADN combinĂ© Ă  un Ă©tat de dormance infĂ©rieure Ă  l'activitĂ© mĂ©tabolique nĂ©cessaire Ă  la rĂ©paration de l'ADN maintenue Ă  un bas niveau[52].

En 2000, une équipe scientifique a annoncé avoir découvert une bactérie demeurée endormie dans un cristal de sel pendant 250 millions d'années[53]. De nombreux scientifiques sont trÚs réservés vis-à-vis de ce résultat, qui serait plutÎt dû à une colonisation récente du cristal[54].

SĂ©jour dans l’espace

Dans l'espace, les bactĂ©ries deviendraient presque trois fois plus virulentes. C'est du moins le cas de Salmonella typhimurium, une bactĂ©rie responsable d'intoxication alimentaire. Celles-ci ont fait un voyage Ă  bord de la navette Atlantis en 2006. À leur retour, les bactĂ©ries qui avaient Ă©tĂ© conservĂ©es dans un rĂ©cipient Ă©tanche, ont Ă©tĂ© transmises Ă  des souris. Il n'a fallu que le tiers de la dose habituelle pour tuer la moitiĂ© du groupe de souris qui avait Ă©tĂ© infectĂ©[55] - [56].

Recherche de bactéries extraterrestres

On cherche actuellement Ă  savoir s'il a existĂ© une vie bactĂ©rienne sur la planĂšte Mars. Certains Ă©lĂ©ments d'analyse du sol martien semblent s'orienter en ce sens, et la prĂ©sence abondante d'eau sur Mars jadis a peut-ĂȘtre pu constituer un terrain extrĂȘmement favorable au dĂ©veloppement de la vie bactĂ©rienne, si elle est apparue. Si la chose venait Ă  ĂȘtre confirmĂ©e, ce serait un Ă©lĂ©ment important en faveur de l'hypothĂšse de panspermie. Des chercheurs Ă©cossais ont mis en Ă©vidence en juin 2017 que le sol de mars Ă©liminait la moindre bactĂ©rie. C’est l’interaction entre le rayonnement ultraviolet, les substances oxydantes du sol de Mars, et surtout les perchlorates qui confĂšre Ă  la surface de la PlanĂšte rouge sa capacitĂ© Ă  Ă©liminer toute bactĂ©rie[57]. D'autres recherches s'intĂ©ressent aussi aux glaces de la lune jovienne Europe qui abritent de l'eau liquide sous leur surface.

Interactions avec d’autres organismes

En dĂ©pit de leur apparente simplicitĂ©, les bactĂ©ries peuvent entretenir des associations complexes avec d’autres organismes. Ces associations peuvent ĂȘtre rĂ©pertoriĂ©es en parasitisme, mutualisme et commensalisme. En raison de leurs petites tailles, les bactĂ©ries commensales sont ubiquitaires et sont rencontrĂ©es Ă  la surface et Ă  l’intĂ©rieur des plantes et des animaux.

Mutualistes

Dans le sol, les bactĂ©ries de la rhizosphĂšre (couche de sol fixĂ©e aux racines des plantes) fixent l’azote et produisent des composĂ©s azotĂ©s utilisĂ©s par les plantes (exemple de la bactĂ©rie Azotobacter ou Frankia). En Ă©change, la plante excrĂšte au niveau des racines des sucres, des acides aminĂ©s et des vitamines qui stimulent la croissance des bactĂ©ries. D’autres bactĂ©ries comme Rhizobium sont associĂ©es aux plantes lĂ©gumineuses au niveau de nodositĂ©s sur les racines.

Il existe de nombreuses relations symbiotiques ou mutualistes de bactéries avec des invertébrés. Par exemple, les animaux qui se développent à proximité des cheminées hydrothermales des fonds océaniques comme les vers tubicoles Riftia pachyptila, les moules Bathymodiolus ou la crevette Rimicaris exoculata vivent en symbiose avec des bactéries chimiolitho-autotrophes.

Buchnera est une bactérie endosymbiote des aphides (puceron). Elle vit à l'intérieur des cellules de l'insecte et lui fournit des acides aminés essentiels. La bactérie Wolbachia est hébergée dans les testicules ou les ovaires de certains insectes. Cette bactérie peut contrÎler les capacités de reproduction de son hÎte.

Des bactéries sont associées aux termites et leur apportent des sources d'azote et de carbone.

Des bactĂ©ries colonisant la panse des herbivores permettent la digestion de la cellulose par ces animaux. La prĂ©sence de bactĂ©ries dans l’intestin de l’Homme contribue Ă  la digestion des aliments mais les bactĂ©ries fabriquent Ă©galement des vitamines comme l’acide folique, la vitamine K et la biotine[58].

Des bactĂ©ries colonisent le jabot d'un oiseau folivore (consommateur de feuilles), le Hoazin (Opisthocomus hoazin). Ces bactĂ©ries permettent la digestion de la cellulose des feuilles, de la mĂȘme maniĂšre que dans le rumen des ruminants.

Des bactéries bioluminescentes comme Photobacterium sont souvent associées à des poissons ou des invertébrés marins. Ces bactéries sont hébergées dans des organes spécifiques chez leurs hÎtes et émettent une luminescence grùce à une protéine particuliÚre : la luciférase. Cette luminescence est utilisée par l'animal lors de divers comportements comme la reproduction, l'attraction de proies ou la dissuasion de prédateurs.

Dans le corps humain

Un nombre important de bactéries vit dans le corps humain, environ autant, voire plus, que de cellules le constituant, toutefois leur masse reste infime en comparaison.

Les calculs donnent des rĂ©sultats variĂ©s quant Ă  leur nombre. D'aprĂšs certaines estimations, 1012 bactĂ©ries colonisent la peau, 1010 bactĂ©ries colonisent la bouche et 1014 bactĂ©ries habitent dans l'intestin[59]. D'autres calculs, rĂ©alisĂ©s par des chercheurs de l'institut Weizmann, indiquent qu'il y a plus de cellules bactĂ©riennes (~40 Ă— 1012) que de cellules humaines (~30 Ă— 1012) dans le corps humain[60] - [61].

La plupart de ces bactĂ©ries sont inoffensives ou bĂ©nĂ©fiques pour l’organisme. Il existe cependant de nombreuses espĂšces pathogĂšnes Ă  l'origine de beaucoup de maladies infectieuses comme le cholĂ©ra, la syphilis, la peste, l’anthrax, la tuberculose.

PathogĂšnes

Pour l'humain

Le plus souvent, les maladies bactĂ©riennes mortelles sont les infections respiratoires : la tuberculose Ă  elle seule tue environ deux millions de personnes par an, principalement en Afrique subsaharienne[62]. Des bactĂ©ries peuvent entraĂźner des troubles respiratoires ou intestinaux alors que d’autres peuvent ĂȘtre responsables de l’infection d'une blessure. Les infections bactĂ©riennes peuvent ĂȘtre traitĂ©es grĂące aux antibiotiques, qui le plus souvent inhibent une de leurs fonctions vitales (par exemple, la pĂ©nicilline bloque la synthĂšse de la paroi cellulaire).

Les bactĂ©ries pathogĂšnes sont responsables de maladies humaines et causent des infections. Les organismes infectieux peuvent ĂȘtre distinguĂ©s en trois types : les pathogĂšnes obligatoires, accidentels ou opportunistes.

Un pathogĂšne obligatoire ne peut survivre en dehors de son hĂŽte. Parmi les bactĂ©ries pathogĂšnes obligatoires, Corynebacterium diphtheriae entraĂźne la diphtĂ©rie, Treponema pallidum est l’agent de la syphilis, Mycobacterium tuberculosis provoque la tuberculose, Mycobacterium leprae la lĂšpre, Neisseria gonorrhoeae la gonorrhĂ©e. Les Rickettsia Ă  l’origine du typhus sont des bactĂ©ries parasites intracellulaires.

Un pathogĂšne accidentel prĂ©sent dans la nature peut infecter l’Homme dans certaines conditions. Par exemple, Clostridium tetani provoque le tĂ©tanos en pĂ©nĂ©trant dans une plaie. Vibrio cholerae entraĂźne le cholĂ©ra Ă  la suite de la consommation d’une eau contaminĂ©e.

Un pathogĂšne opportuniste infecte des individus affaiblis ou atteints par une autre maladie. Des bactĂ©ries comme Pseudomonas aeruginosa, des espĂšces de la flore normale, comme des Staphylococcus de la flore cutanĂ©e, peuvent devenir des pathogĂšnes opportunistes dans certaines conditions. On rencontre surtout ce type d’infection en milieu hospitalier.

La capacitĂ© d’une bactĂ©rie Ă  provoquer une maladie est son pouvoir pathogĂšne. L’intensitĂ© du pouvoir pathogĂšne est la virulence. L’aboutissement de la relation bactĂ©rie-hĂŽte et l’évolution de la maladie dĂ©pendent du nombre de bactĂ©ries pathogĂšnes prĂ©sentes dans l’hĂŽte, de la virulence de cette bactĂ©rie, des dĂ©fenses de l’hĂŽte et de son degrĂ© de rĂ©sistance.

Pour dĂ©clencher une maladie, les bactĂ©ries infectieuses doivent d’abord pĂ©nĂ©trer dans l’organisme et adhĂ©rer Ă  un tissu. Des facteurs d’adhĂ©sion permettent la fixation des bactĂ©ries Ă  une cellule. Le pouvoir invasif est la capacitĂ© de la bactĂ©rie Ă  se rĂ©pandre et Ă  se multiplier dans les tissus de l’hĂŽte, soit par un processus d'endocytose permettant leur pĂ©nĂ©tration intracellulaire, soit pour certaines bactĂ©ries en passant entre les cellules des muqueuses afin de coloniser la lamina propria sous-jacente. Les bactĂ©ries peuvent produire des substances lytiques leur permettant de se dissĂ©miner dans les tissus. Certaines bactĂ©ries prĂ©sentent aussi un pouvoir toxinogĂšne qui est la capacitĂ© de produire des toxines, substances chimiques portant prĂ©judice Ă  l’hĂŽte. On peut distinguer les exotoxines libĂ©rĂ©es lors de la multiplication des bactĂ©ries et les endotoxines fixĂ©es dans la membrane des bactĂ©ries.

Les bactĂ©ries pathogĂšnes tentant d’envahir un hĂŽte rencontrent toutefois de nombreux mĂ©canismes de dĂ©fense assurant Ă  l’organisme une protection aux infections. Une bonne alimentation et une hygiĂšne de vie correcte constituent une premiĂšre protection. La peau, les muqueuses forment une premiĂšre ligne de dĂ©fense contre la pĂ©nĂ©tration d’organismes pathogĂšnes. Les bactĂ©ries de la flore normale constituent aussi une barriĂšre de protection. Lorsqu’un micro-organisme a pĂ©nĂ©trĂ© ces premiĂšres lignes de dĂ©fense, il rencontre des cellules spĂ©cialisĂ©es qui se mobilisent contre l’envahissement : ce sont les phagocytes. L’inflammation est une rĂ©action dĂ©fensive non spĂ©cifique. Un second systĂšme de dĂ©fense trĂšs efficace est le systĂšme immunitaire spĂ©cifique, capable de reconnaĂźtre des antigĂšnes portĂ©s ou sĂ©crĂ©tĂ©s par les bactĂ©ries, et d’élaborer des anticorps et des cellules immunitaires spĂ©cifiques de ces antigĂšnes.

En milieu hospitalier, le personnel soignant doit suivre des protocoles de protection (port de la blouse, gants, lunettes en chirurgie
). En cas de contact avec un élément à risque (sang, liquide
), le personnel soignant doit impérativement et au plus tÎt se laver les mains avec un produit désinfectant et aseptisant[63].

Pour les plantes

Les bactéries pathogÚnes pour les plantes sont connues du grand public pour leur responsabilité dans la dévastation de cultures agricoles. En 2001, les vergers du midi de la France étaient victimes d'une vague d'infection par une bactérie du genre Xanthomonas[64].

En biotechnologie végétale, la bactérie du sol, Agrobacterium tumefaciens, est utilisée pour sa capacité à transmettre un fragment d'ADN à la plante cible lors de son cycle infectieux.

Importance des bactĂ©ries dans l’industrie et les technologies

Les Procaryotes sont d'importants outils dans le domaine de la biorestauration : on se sert d'organismes pour éliminer des polluants du sol, de l'eau et de l'air. Exemple : Les archées décomposent la matiÚre organique contenue dans les eaux usées pour la transformer en substance qui peut servir d'engrais. Dans l'industrie miniÚre, les Procaryotes aident à retirer les métaux contenus dans le minéral. L'utilité des Procaryotes provient en grande partie de la diversité de leurs formes de nutrition et de métabolisme[65].

L’origine de la microbiologie industrielle date de l’époque prĂ©historique. Les premiĂšres civilisations ont utilisĂ© sans le savoir des micro-organismes pour produire des boissons alcoolisĂ©es, du pain et du fromage.

Les bactĂ©ries comme Lactobacillus, Lactococcus ou Streptococcus, combinĂ©es aux levures et moisissures interviennent dans l’élaboration d’aliments fermentĂ©s comme les fromages, les yaourts, la biĂšre, le vin, la sauce de soja, le vinaigre, la choucroute.

Les bactéries acétiques (Acetobacter, Gluconobacter) peuvent produire de l'acide acétique à partir de l'éthanol. Elles se rencontrent dans les jus alcoolisés et sont utilisées dans la production du vinaigre. Elles sont également exploitées pour la production d'acide ascorbique (vitamine C) à partir du sorbitol transformée en sorbose.

La capacitĂ© des bactĂ©ries hĂ©tĂ©rotrophes Ă  dĂ©grader une large variĂ©tĂ© de composĂ©s organiques est exploitĂ©e dans des processus de traitement des dĂ©chets comme la bioremĂ©diation ou le traitement des eaux usĂ©es. Des bactĂ©ries sont Ă©galement utilisĂ©es dans les fosses septiques pour en assurer l'Ă©puration. Des bactĂ©ries, capables de dĂ©grader des hydrocarbures du pĂ©trole, peuvent ĂȘtre utilisĂ©es lors du nettoyage d'une marĂ©e noire. Le processus de nettoyage de milieux polluĂ©s par des micro-organismes est la bioremĂ©diation.

Des bactĂ©ries peuvent ĂȘtre utilisĂ©es pour rĂ©cupĂ©rer des mĂ©taux d'intĂ©rĂȘts Ă©conomiques Ă  partir de minerais. C'est la biolixiviation. L'activitĂ© de bactĂ©ries est ainsi exploitĂ©e pour la rĂ©cupĂ©ration du cuivre.

Des bactĂ©ries peuvent ĂȘtre utilisĂ©es Ă  la place de pesticides en lutte biologique pour combattre des parasites des plantes. Par exemple, Bacillus thuringiensis produit une protĂ©ine Bt qui est toxique pour certains insectes. Cette toxine est utilisĂ©e en agriculture pour combattre des insectes qui se nourrissent de plantes.

En raison de leur capacitĂ© Ă  se multiplier rapidement et de leur relative facilitĂ© Ă  ĂȘtre manipulĂ©es, certaines bactĂ©ries comme Escherichia coli sont des outils trĂšs utilisĂ©s en biologie molĂ©culaire, gĂ©nĂ©tique et biochimie. Les scientifiques peuvent dĂ©terminer la fonction de gĂšnes, d’enzymes ou identifier des voies mĂ©taboliques nĂ©cessaires Ă  la comprĂ©hension fondamentale du vivant et permettant Ă©galement de mettre en Ɠuvre de nouvelles applications en biotechnologie.

De nombreuses enzymes utilisĂ©es dans divers processus industriels ont Ă©tĂ© isolĂ©es de micro-organismes. Les enzymes des dĂ©tergents sont des protĂ©ases de certaines souches de Bacillus. Des amylases capables d’hydrolyser l’amidon sont trĂšs utilisĂ©es dans l’industrie alimentaire. La Taq polymĂ©rase utilisĂ©e dans les rĂ©actions de polymĂ©risation en chaĂźne (PCR) pour l’amplification de l’ADN provient d’une bactĂ©rie thermophile Thermus aquaticus.

Les bactĂ©ries gĂ©nĂ©tiquement modifiĂ©es sont trĂšs utilisĂ©es pour la production de produits pharmaceutiques. C’est le cas par exemple de l’insuline, l’hormone de croissance, certains vaccins, des interfĂ©rons
 Certaines bactĂ©ries comme Streptomyces sont trĂšs employĂ©es pour la production d’antibiotiques.

Certaines bactéries peuvent provoquer une dégradation d'installation (biocorrosion), en particulier les bactéries sulfato-réductrices.

Traitements médicaux à base de bactéries

Il existe des bactĂ©ries tumoricides, ou bactĂ©ries carcinolytiques[66] qui d'un cĂŽtĂ© sont des pathogĂšnes connus (Ă  part pour Bifidobacterium), mais qui ciblent particuliĂšrement les cellules cancĂ©reuses, et font consĂ©quemment partie de traitements effectifs ou expĂ©rimentaux contre le cancer. Ce sont un groupe de bactĂ©ries anaĂ©robies facultatives ou obligatoires (capables de produire de l'adĂ©nosine triphosphate lorsque l'oxygĂšne est absent et meurt Ă  des niveaux d'oxygĂšne normaux) pouvant cibler les cellules cancĂ©reuses dans le corps, supprimer la croissance tumorale et survivre dans le corps pendant un certain temps, longtemps mĂȘme aprĂšs l'infection. Lorsque des bactĂ©ries de ce type sont administrĂ©es dans le corps, elles migrent vers les tissus cancĂ©reux et commencent Ă  se dĂ©velopper, puis dĂ©ploient leurs mĂ©canismes respectifs pour dĂ©truire les tumeurs solides.

Chaque espÚce de bactérie utilise un processus différent pour éliminer la tumeur. Les bactéries tumoricides courantes comprennent notamment Salmonella, Clostridium, Bifidobacterium, Listeria et Streptococcus[67]. Les premiÚres recherches sur ce type de bactéries ont été mises en évidence en 1813 lorsque les scientifiques ont observé que les patients atteints de gangrÚne gazeuse, une infection causée par la bactérie Clostridium, pouvaient engendrer des régressions tumorales[68].

Les bactéries les plus étudiées pour le traitement du cancer sont Salmonella, Listeria et Clostridium. Une souche génétiquement modifiée de Salmonella (TAPET-CD) a terminé les essais cliniques de phase 1 pour les patients atteints d'un cancer métastatique de stade 4[69]. Des vaccins anticancéreux à base de Listeria sont actuellement produits et font l'objet de nombreux essais cliniques[70]. Des essais de phase I de la souche Clostridium appelée Clostridium novyi (C. novyi -NT) pour les patients atteints de tumeurs réfractaires au traitement ou de tumeurs qui ne répondent pas au traitement sont actuellement en cours[71].

Pharmacopée bactérienne

Les bactéries expriment des substances utilisés en médecine, comme l'éthanol.

Alteromonas infernus produit le polysaccharide GY785 qui peut réparer une lésion de tissu humain (dont os et cartilage), en complément de l'injection de cellules souches du patient[72].

Représentations dans la fiction

La piĂšce de thĂ©Ăątre BĂ­lĂĄ nemoc (La Maladie blanche) de l'Ă©crivain tchĂ©coslovaque Karel Čapek[73], publiĂ©e en 1937, dĂ©crit une Ă©pidĂ©mie de morbus chengi, une maladie proche de la lĂšpre qui ne s'attaque qu'aux personnes ĂągĂ©es de plus de 45 ans, qu'elle tue en 3 Ă  5 mois. Face au danger pour la population, le gouvernement dictatorial ne pense qu'Ă  tirer profit de la maladie Ă  des fins politiques.

Le roman de science-fiction La VariĂ©tĂ© AndromĂšde de l'Ă©crivain amĂ©ricain Michael Crichton, paru en 1969, imagine l'arrivĂ©e sur Terre d'une bactĂ©rie extra-terrestre apportĂ©e par un astĂ©roĂŻde et qui dĂ©clenche des rĂ©actions mortelles chez les ĂȘtres humains.

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Voir aussi

Bibliographie

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