La microbiologie est l'étude des organismes invisibles à l'œil nu : bactéries, archées, champignons microscopiques, protozoaires, algues unicellulaires et virus. Ce premier chapitre retrace les grandes étapes de sa naissance, explique comment on a fini par classer les microorganismes dans le monde vivant, et pose la distinction fondamentale entre cellule procaryote et cellule eucaryote — une question de cours quasi systématique au contrôle de S3.
1. La naissance de la microbiologie
Les bactéries peuplent la Terre depuis plusieurs milliards d'années, mais il a fallu inventer le microscope pour les voir. En 1673, le drapier hollandais Antony Van Leeuwenhoek (1632-1723), à l'aide d'un microscope rudimentaire de sa fabrication, observe pour la première fois ce qu'il appelle des animalcules. Il faudra pourtant attendre près de deux siècles pour que l'on comprenne le rôle de ces êtres dans les fermentations et les maladies. Entre-temps, Robert Hooke avait décrit en 1665 les cellules du liège, première pierre de la théorie cellulaire.
Le XIXe siècle est celui de Louis Pasteur (1822-1895) et de Robert Koch (1843-1910). Pasteur démontre que les fermentations sont l'œuvre de microorganismes vivants : fermentation lactique (1857), alcoolique par les levures (1860), butyrique par des vibrions anaérobies (1861) — il découvre à cette occasion la vie sans oxygène, l'anaérobiose. Il étudie ensuite les maladies du vin et de la bière et met au point la pasteurisation. Koch, de son côté, fonde la bactériologie médicale : il isole Bacillus anthracis (charbon, 1876), puis le bacille de la tuberculose (1882), et développe les techniques de culture pure sur milieu solide. Ses postulats définissent encore aujourd'hui les critères qui permettent d'attribuer une maladie à un microbe donné.
2. La fin de la génération spontanée
Jusqu'au milieu du XIXe siècle, beaucoup pensaient que la vie pouvait naître spontanément de la matière inerte. Pasteur clôt le débat en 1861 grâce à l'expérience des ballons à col de cygne : une infusion de foin est stérilisée par la chaleur dans un ballon dont le col a été coudé à la flamme. L'air entre librement, mais les poussières porteuses de germes restent piégées dans la courbure : le liquide demeure stérile pendant des années. Il suffit de casser le col, ou d'incliner le ballon pour mettre le liquide au contact des poussières, pour qu'un trouble microbien apparaisse en quelques heures. Deux conclusions en découlent : les microorganismes sont partout (air, poussières, surfaces) et la chaleur humide stérilise. Ces travaux ouvrent l'ère de l'asepsie, de la vaccination (choléra des poules 1880, charbon 1881, rage 1885 avec Joseph Meister) et de l'hygiène hospitalière.
3. La place des microorganismes dans le monde vivant
La découverte des microorganismes a bousculé la vieille division du vivant en deux règnes : ce qui bougeait était rangé parmi les animaux, ce qui était immobile et vert parmi les végétaux. Mais les euglènes (mobiles et photosynthétiques) ou les myxomycètes (champignons pour les botanistes, protozoaires pour les zoologistes) ne rentraient dans aucune case. En 1866, Haeckel propose un troisième règne, celui des Protistes, qui regroupe algues, protozoaires, champignons et bactéries. Le critère est l'organisation biologique : les protistes sont des organismes simples, unicellulaires ou formés de cellules peu différenciées, alors que les animaux et les végétaux possèdent des tissus et des organes.
Le microscope électronique a ensuite montré que les bactéries se distinguent de toutes les autres cellules. La classification contemporaine sépare donc les protistes supérieurs ou eucaryotes (algues sauf cyanobactéries, protozoaires, champignons) des protistes inférieurs ou procaryotes (bactéries et cyanobactéries), les virus formant un groupe d'entités non cellulaires à part. Depuis Woese (1977), la classification en trois domaines — Bacteria, Archaea et Eukarya — fondée sur l'ARN ribosomique 16S/18S, est devenue la référence : les archées ressemblent aux bactéries par la taille et l'absence de noyau, mais s'en écartent par la chimie de leur paroi (sans peptidoglycane) et de leurs lipides membranaires.
4. Cellule procaryote et cellule eucaryote
La cellule eucaryote possède un vrai noyau limité par une enveloppe nucléaire, plusieurs chromosomes linéaires, des organites (mitochondries, chloroplastes, réticulum, Golgi) et se divise par mitose. La cellule procaryote, dont la taille est généralement de 0,1 à 2 µm de diamètre pour 0,5 à 5 µm de long, n'a pas de noyau : son unique chromosome circulaire flotte dans le cytoplasme sous forme d'un nucléoïde, éventuellement accompagné de plasmides. Elle ne possède pas d'organites membranaires, ses ribosomes sont de type 70S (contre 80S chez les eucaryotes), ses gènes sont dépourvus d'introns et elle se divise par simple scissiparité (fission binaire).
| Caractère | Cellule procaryote | Cellule eucaryote |
|---|---|---|
| Taille | 0,5 à 5 µm | 10 à 100 µm |
| Noyau | Absent (nucléoïde) | Présent, enveloppe nucléaire |
| Chromosomes | 1, circulaire (+ plasmides) | Plusieurs, linéaires |
| Organites | Absents | Mitochondries, chloroplastes, RE, Golgi |
| Ribosomes | 70S (50S + 30S) | 80S (60S + 40S) |
| Division | Scissiparité | Mitose / méiose |
Procaryote vs eucaryote : le tableau à connaître par cœur
5. Les grands groupes de procaryotes
La classification classique de Stanier distingue plusieurs ensembles : les cyanobactéries (anciennes cyanophycées, photosynthétiques et productrices d'O2, comme Nostoc), les myxobactéries (mobiles par glissement), les spirochètes hélicoïdaux (Treponema pallidum, agent de la syphilis), les eubactéries au sens strict — de loin le groupe le plus important en bactériologie, avec les formes pédonculées (Caulobacter), filamenteuses et mycéliennes (actinomycètes : Mycobacterium tuberculosis, Streptomyces griseus producteur de la streptomycine) — et des groupes particuliers : rickettsies et chlamydies, parasites intracellulaires obligatoires, et mycoplasmes, seules bactéries dépourvues de paroi.
Règne créé par Haeckel en 1866 pour rassembler les organismes simples, unicellulaires ou peu différenciés : algues, protozoaires, champignons et bactéries. On les subdivise aujourd'hui en protistes supérieurs (eucaryotes) et inférieurs (procaryotes).
Cellule sans noyau véritable : le chromosome unique, circulaire, est libre dans le cytoplasme (nucléoïde). Bactéries et archées sont des procaryotes.
- Leeuwenhoek observe les premiers microbes en 1673 ; Pasteur et Koch fondent la microbiologie moderne au XIXe siècle.
- Expérience du col de cygne (1861) : les microbes sont partout et la chaleur stérilise ; fin de la génération spontanée.
- Haeckel (1866) crée le règne des Protistes ; la classification contemporaine oppose procaryotes et eucaryotes, les virus étant non cellulaires.
- Procaryote = pas de noyau, un chromosome circulaire, ribosomes 70S, pas d'organites, division par scissiparité.
- Trois domaines du vivant (Woese) : Bacteria, Archaea, Eukarya.
Le tableau comparatif procaryote/eucaryote est la question la plus fréquente sur ce chapitre : apprends-le ligne par ligne, ribosomes 70S et 80S compris. On te demandera aussi souvent de décrire l'expérience de Pasteur et d'en tirer les deux conclusions, ou de citer les apports respectifs de Pasteur et de Koch. Piège classique : les cyanobactéries sont des procaryotes, pas des algues eucaryotes, et les mycoplasmes sont bien des bactéries malgré l'absence de paroi.