Fiche de révision · S6

Résumé — Microbiologie appliquée

Tout le module en une page : les chapitres condensés en points essentiels, le vocabulaire et les pièges d'examen. Pour la veille de l'épreuve.

Le monde microbien : diversité, classification et méthodes d'étude

Trois domaines définis par l'ARNr 16S/18S (Woese) : Bacteria, Archaea, Eukarya ; les virus restent hors classification.
Bactéries vs archées : peptidoglycane présent vs absent, lipides esters vs éthers d'isoprénoïdes, ribosomes 70S dans les deux cas.
Gram + : peptidoglycane épais + acides téichoïques → violet · Gram − : peptidoglycane fin + membrane externe à LPS (endotoxine) → rose.
Constituants constants (paroi, membrane, cytoplasme, ribosomes 70S, nucléoïde) vs inconstants (capsule, flagelles, pili, plasmides, spores).
Identification : Gram et biochimie (catalase, oxydase, galeries) → séquençage 16S, PCR, métagénomique ; la plupart des germes du sol sont non cultivables.

Nutrition, croissance et culture des micro-organismes

Type trophique = énergie (photo/chimio) + donneur d'électrons (litho/organo) + carbone (auto/hétéro) ; auxotrophe vs prototrophe.
Milieux : synthétique vs complexe ; sélectif (inhibiteur) vs différentiel (indicateur) ; MacConkey = les deux à la fois.
Quatre phases en batch : latence (adaptation) → exponentielle (population homogène) → stationnaire (substrat limitant) → déclin (lyse).
N = N₀ × 2ⁿ ; n = (log N − log N₀)/log 2 ; G = t/n ; µ = ln 2 / G ; en chémostat µ = D, lessivage si D > µmax.
Comptage total (DO 600 nm, masse sèche) ≥ comptage viable (UFC) ; facteurs : température, pH, O₂, activité de l'eau.

Métabolisme microbien et production d'énergie

Catabolisme (énergie + métabolites) → anabolisme (synthèses endergoniques), couplés par l'ATP, le NADH, le NADPH et le FADH₂.
Voies du glucose : EMP → 2 ATP + 2 NADH · pentoses phosphates → NADPH + ribose-5-P · Entner-Doudoroff → 1 ATP net (Pseudomonas).
Respiration = accepteur exogène + chaîne membranaire + ATP synthase (force proton-motrice) ; aérobie O₂ vs anaérobie NO₃⁻, SO₄²⁻, CO₂, Fe³⁺.
Fermentation = accepteur organique endogène, ATP uniquement par phosphorylation au niveau du substrat, rôle : régénérer le NAD⁺.
Fermentations : alcoolique, lactique homo/hétérofermentaire, propionique, butyrique, acides mixtes (E. coli, RM+) vs butanediolique (Enterobacter, VP+).
Chimiolithotrophes (Nitrosomonas, Nitrobacter, Thiobacillus) : énergie minérale + cycle de Calvin, croissance lente ; photosynthèse oxygénique (cyanobactéries) vs anoxygénique (pourpres et vertes).

Génétique microbienne et transferts de gènes

Chromosome circulaire unique, haploïde, dans le nucléoïde ; gènes en opérons ; plasmides, séquences d'insertion, transposons, intégrons.
Mutations spontanées et préexistantes (Luria-Delbrück, Lederberg) : l'antibiotique sélectionne, il ne crée pas la résistance.
Transformation (ADN libre, compétence, sensible à la DNase) vs conjugaison (pilus sexuel, contact, F⁺/Hfr) vs transduction (phage, généralisée ou spécialisée).
Opéron lac (Jacob et Monod) : inductible, contrôle négatif par le répresseur + contrôle positif CAP-AMPc → répression catabolique et croissance diauxique.
Opéron trp : répressible, le produit final est corépresseur, plus une atténuation transcriptionnelle.
Génie génétique : enzymes de restriction + ligase + vecteur → transformation ; PCR (dénaturation, hybridation, élongation).

Communication bactérienne : quorum sensing et biofilms

Quorum sensing : l'autoinducteur s'accumule avec la densité et déclenche au-delà d'un seuil l'expression coordonnée de gènes (modèle Vibrio fischeri, opéron lux).
Gram − : acyl-homosérines lactones synthétisées par LuxI à partir de la SAM et d'acyl-carriers, reçues par LuxR → boucle d'amplification positive.
Une LuxI = un seul type d'HSL, spécifique de l'espèce ; exception Pseudomonas aeruginosa avec LasI et RhlI ; Gram + : peptides AIP ; AI-2 = signal interspécifique.
Fonctions régulées : virulence, bioluminescence, antibiotiques (violacéine), transfert conjugatif, compétence, biofilm.
Détection des HSL : souche rapportrice Chromobacterium violaceum CV026 sur LB gélosé, stries perpendiculaires, 24 h à 30 °C → coloration violette.
Biofilm = matrice d'EPS, adhésion → micro-colonies → maturation → dispersion ; mutant HSL⁻ → biofilm plat, non différencié, sensible au SDS ; furanone de Delisea pulchra = antagoniste des HSL (quorum quenching).

Interactions microbiennes et microbiologie de l'environnement

Six interactions : neutralisme (0/0), commensalisme (+/0), mutualisme (+/+), compétition (−/−), amensalisme (0/−), prédation-parasitisme (+/−).
Azote : fixation par la nitrogénase (Rhizobium, Azotobacter, cyanobactéries) → ammonification → nitrification aérobie (Nitrosomonas puis Nitrobacter) → dénitrification anaérobie jusqu'à N₂.
Carbone : dégradation cellulose, lignine, chitine ; chaîne anaérobie polymères → AGV → acétate + H₂ + CO₂ → CH₄ par les archées méthanogènes.
Soufre : sulfo-oxydation par Thiobacillus vs sulfato-réduction par Desulfovibrio (H₂S, corrosion) ; phosphore solubilisé par des bactéries à acides organiques.
Rhizosphère : effet rhizosphère, PGPR (azote, phosphore, phytohormones, sidérophores, biocontrôle), mycorhizes, biofertilisants.
Eaux : indicateurs fécaux (coliformes thermotolérants, E. coli, entérocoques), boues activées, bioremédiation par bioaugmentation ou biostimulation.

Virologie : structure, classification et multiplication des virus

Virus = entité nucléoprotéique à un seul type d'acide nucléique, 0,02–0,3 µm, sans ribosomes ni métabolisme, parasitisme intracellulaire absolu, insensible aux antibiotiques.
Nucléocapside = génome + capside ; symétries hélicoïdale (VMT, grippe), icosaédrique (poliovirus) ou complexe (poxvirus, phages).
Génomes : ARN monocaténaire + ou − (2–30 kb) majoritaire, ARN bicaténaire (réovirus) ou segmenté (grippe), ADN bicaténaire (6–250 kb), ADN monocaténaire (parvovirus).
Enveloppe empruntée à l'hôte + glycoprotéines → virus fragile (solvants, détergents) ; virus nu → résistant, attachement par la capside.
Cycle : attachement (récepteur → tropisme) → pénétration → décapsidation → transcription-traduction-réplication → assemblage → libération (lyse ou bourgeonnement).
Phage virulent → cycle lytique (T4, taille de salve) ; phage tempéré → prophage, lysogénie, conversion lysogénique, induction par les UV.

Microbiologie appliquée : industrie, agroalimentaire et contrôle des micro-organismes

Bioprocédé : souche → inoculum → fermenteur (pH, T, agitation, aération) → downstream processing ; batch vs fed-batch vs continu.
Métabolites primaires (phase exponentielle : éthanol, lactate, citrate, acides aminés) vs secondaires (phase stationnaire : antibiotiques, pigments, toxines).
Ferments : bactéries lactiques, Saccharomyces cerevisiae, Propionibacterium (emmental), Penicillium ; dangers : Salmonella, Listeria, S. aureus, C. botulinum, aflatoxines.
Cibles des antibiotiques : paroi (bêta-lactamines), membrane (polymyxines), ribosome 70S (aminosides, macrolides, tétracyclines), ADN/ARN (quinolones, rifampicine), folates (sulfamides).
Résistance : bêta-lactamases, modification de cible, imperméabilité, efflux ; mesures : CMI, CMB, antibiogramme (S/I/R).
Stérilisation (spores comprises : autoclave 121 °C, filtration 0,22 µm) vs désinfection (objets) vs antisepsie (tissus) ; pasteurisation ≠ stérilisation, UHT = stérilisation.

Vocabulaire à connaître par cœur

Quorum sensing: Régulation génique déclenchée au-dessus d'un seuil de densité cellulaire.
Autoinducteur: Molécule signal diffusible produite en continu par la bactérie (HSL, AIP, AI-2).
Biofilm: Communauté microbienne fixée à une surface et enrobée d'une matrice d'exopolymères.
Fermentation: Catabolisme anaérobie dont l'accepteur final d'électrons est un composé organique endogène.
Force proton-motrice: Gradient de protons transmembranaire utilisé pour synthétiser l'ATP.
Chimiolithotrophe: Organisme tirant son énergie de l'oxydation d'un composé minéral.
Plasmide: ADN extrachromosomique circulaire à réplication autonome, porteur de gènes accessoires.
Transduction: Transfert de gènes bactériens par l'intermédiaire d'un bactériophage.
Nitrification: Oxydation aérobie de NH₄⁺ en NO₂⁻ puis en NO₃⁻ par des chimiolithotrophes.
Nucléocapside: Ensemble formé par le génome viral et sa capside protéique.
Prophage: Génome d'un phage tempéré intégré au chromosome bactérien et réprimé.
CMI: Plus faible concentration d'antibiotique inhibant toute croissance visible.