Les caractéristiques des microorganismes utiles

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Facteurs influençant la croissance

Les facteurs physico-chimiques qui conditionnent la nutrition sont les mêmes qui influent sur la croissance. Les plus importants sont la température et la nature du substrat.
La température
En terme de croissance, l’éventail des températures utiles est très large, s’étendant de -5 à +80°C. Les limites supérieures dépendent de l’inactivation thermique des protéines enzymatiques. Les limites inférieurs semblent déterminées par le point de congélation du milieu. L’influence de la température sur la vitesse de croissance bactérienne peut être interprétée à la lumière de ce qui se passe dans le cas des réactions chimiques. La vitesse de la plupart des réactions chimiques double en effet pour une augmentation de température de 10°C. (CORRY, 1973)
Le substrat
Le taux de croissance d’une espèce bactérienne dépend étroitement du milieu dans lequel on la cultive. Ainsi avec Bacillus subtilus, le taux de croissance est respectivement de 0,3 et de 2 lorsque le milieu est en soluté synthétique citraté ou en bouillon nutritif.
L’étude de ce taux de croissance est plus particulièrement utile lorsque l’on considère la concentration d’un facteur limitant dan un milieu où tous les éléments sont en excès.
Dans la figure on voit que le taux de la croissance augmente proportionnellement à la quantité de glucose qui est ici le facteur limitant jusqu’à un valeur fixe qui correspond au taux de croissance exponentielle. (DEINDOERFER, 1973)

Les levures

Une levure est un champignon unicellulaire ou pluricellulaire apte à provoquer la fermentation des matières animales et végétales. Ces microorganismes sont généralement ovales et se multiplient par bourgeonnement ou par scissiparité.
Elles sont souvent capables d’accomplir une sporulation dans un but de dormance, et en milieu défavorable.
Multiplication
Pour la plupart des levures, la reproduction asexuée (mitotique) est la forme majeure de multiplication. Il existe deux types de division chez les levures. Par bourgeonnement cas du Saccharomyces ou par scission cas du Schizosaccharomyces. (LAMBIN, 1961)
Caractéristiques structurelles
Les levures sont des eucaryotes. Pour leur développement, elles ont besoin :
– des composés carbonés source de carbone et d’énergie
– des composés azotés réduits sous forme d’ammonium
– d’éléments minéraux variés et vitamines
Toutes les levures sont capables de dégrader le glucose, le fructose, le mannose en présence d’oxygène. Par un métabolisme oxydatif conduisant à la formation de CO2 et H2O. Respiration aérobie C6H12O2 + 6O2 6CO2 + 6H2O + énergie utilisable
Cette voie métabolique est très énergétique et permet à la cellule une importante multiplication.
En plus des sucres simples, certains levures peuvent utiliser d’autres glucides (mono, di ou tri saccharide ou polysaccharide comme l’amidon). Le métabolisme fermentatif conduit à la formation d’éthanol et de CO2

Fermentation alcoolique : C6H12O6 2CO2 + 2CH3CH2OH (éthanol + énergie utilisable)
En plus de ces composés majoritaires, des alcools supérieurs, des aldéhydes, des esters, des acides sont formés en petite quantité et participent qualitativement de façon importante et complexe à la formation des flaveurs des boissons fermentées. Ce métabolisme est moins énergétique que le métabolisme oxydatif.
Condition de croissance
La température optimale de culture des levures se situe en générale entre 25 à 30°C. Les levures ne sont pas thermorésistante s. La destruction cellulaire commence à 52°C.
Elles sont aussi sensibles à la congélation et la lyophilisation et selon la phase de croissance, les cellules en phase exponentielle résistent moins que les cellules en phase stationnaire.
L’oxygène
Les levures sont capables de se développer en présence d’oxygène. Il n’y a pas de levure anaérobie stricte. Certains sont aérobies strictes. Les autres sont aéro-anaérobies facultatives avec parmi elle des levures. (LAMBIN, 1961)
Le pH
Les enveloppes cellulaires sont imperméables aux ions H3O+ et OH-. Les levures tolèrent des gammes de pH très large, théoriquement 2,4 à 8,6.
L’utilisation
Elles sont utilisées pour la panification, la vinification et sont connus depuis l’époque préhistorique. Toutefois la compréhension des mécanismes microbiologiques mis en œuvre date des travaux de P asteur au 18ème siècle.
Les connaissances scientifiques et techniques ainsi acquises ont permis de cultiver des grandes quantités de levure ; dans le procédé de fermentation microbienne, mais aussi dans la production de vitamine B, de thiamine, des antibiotiques et des hormones stéroïdes (LAMBIN, 1961)

Moisissures

Ce sont des champignons microscopiques eucaryotes, filamenteux qui possèdent la capacité de se développer sur des substances nutritifs variés et tout particulièrement sur les denrées alimentaires.
La moisissure pour croître, se multiplier doit puiser sur le milieu des matières organiques, structurales et énergétiques.
La paroi rigide empêche la cellule fongique de phag ocyter sa nourriture.
Seuls les nutriments simples et solubles peuvent êt re absorbés.
Sous l’action de ces enzymes excrétées dans l’environnement des polymères complexe comme la cellulose, la lignine et les composés pectiques peuvent être digérés. Quant à l’azote, elle est assimilée aussi bien sous forme organique et minérale. (c)
pH et croissance fongique
Les champignons sont encore beaucoup plus tolérants que les bactéries.
Alors que ces derniers exigent un pH compris entre 7 et 8.
La plupart des champignons se développent normalement à des pH compris entre 3 et 8. Leur croissance optimale étant généralement obtenu pour des pH compris entre 5 et 6.
Température
Elles sont généralement mésophiles. Leur croissanceest optimale entre 20 et 25°C. Elle est souvent faible de 5°C et 35°C.
Beaucoup de moisissures peuvent se développer lentement à des températures < 4°C. Ces moisissures sont largement impliquées dans l’altération d’aliments conservés au froid.
Oxygène
Sans exception, les moisissures ont besoin d’oxygène pour une croissance normale. Mais pour beaucoup d’entre elles, le développement n’est pas affecté par les teneurs dix fois plus faible. (c)

Les applications industrielles

A l’échelle industrielle, les microorganismes sont cultivés dans des fermenteurs, véritables usines où les microbes sont les ouvriers. Les composés obtenus sont des acides, alcools, vitamines et des antibiotiques ; des hormones, des enzymes, des vaccins. Ils ont des applications en agriculture, la santé et même la médecine. (d)

Les biotechnologies

Elles désignent l’ensemble des techniques principalement issues des sciences de la vie qui utilisent des organismes vivants dans l’élaboration des nouveaux produits. Les microorganismes sont capables de synthétiser les molécules les plus complexes. Les scientifiques ont de plus en plus recours à eux pour produire des protéines nécessaires aux traitements de certaines maladies. (d)

Les fermentations microbiennes

Le mot fermentation vient du verbe latin « ferevere » qui signifie bouillir.
Il caractérise le début de la fermentation alcoolique quand les bulles de gaz viennent continuellement à la surface, donnant au moût l’app arence d’un liquide en ébullition. On en a élargi le sens en y englobant toutes les successions d’oxydoréduction dans lesquelles des composés organiques, source de carbone et d’énergie, servent de donneurs et d’accepteurs d’hydrogène. Ces derniers constituent les produits de fermentation qui s’accumulent dans le milieu. Ils sont nombreux et proviennent surtout de la fermentation des glucides. La très grande variété des produits terminaux tient essentiellement aux divers modes de réductions de l’acide pyruvique. (e)

Les principaux produits obtenus par la fermentation

Dès l’obtention d’un organisme approprié par les techniques de sélection, on peut produire de nombreux composés et transformer une variété de substrat.
Les produits industriels
Ethanols, acétones, butanones, enzymes
Additifs alimentaires
Acides aminés, acides organiques, nucléotides, vitamines, polysaccharides
Produits médicaux
Antibiotiques, insulines, hormones de croissances.
Biocarburant
Hydrogène, méthane, éthanol
Les produits microbiens sont souvent classés en :
– métabolites primaires
Ils comprennent les composés associés à la synthèse des cellules microbiennes et souvent impliqué dans la phase de croissance (trophophase). Ils comprennent les acides aminés, les nucléotides, l’éthanol, les enzymes utiles en industrie.
– métabolites secondaires
Ils s’accumulent habituellement pendant la période appelée idiophase qui est la phase de croissance active. Les composés formés n’ont pas de relation directe avec la synthèse des matières cellulaires (ou la croissance normale). La plupart des antibiotiques rentrent dans cette catégorie. L’acide aminé tel que la lysine, l’acide glutamique.

Les acides citriques, acétiques, lactiques, fumariques et gluconiques (BAL et al, 1996)
Exemple de procédé industriel de la fermentation du vin et dans le domaine du traitement des déchets.
Pour le vinificateur, les quatre principaux objectifs de la fermentation alcoolique d’un jus de raisin sont les suivants :
– assurer la fermentation complète et rapide du sucre
– éviter la production d’acides volatiles (pendant le premier tour de la fermentation)
– éviter la production des composés soufrés (à odeur désagréable pendant la fermentation)
– aboutir à l’objectif aromatique et gustatif (par le choix de la levure sélectionné) Dans le domaine de traitements de déchets et la production d’énergie renouvelable, il existe la méthanisation. Elle permet de transformer toutes matières organiques (pollution organique, déchets ménagers fermentables) en biogaz
Elles consistent en 4 phases :
– Hydrolysent des polymères de sucre, protéines ou lipides en monomère
– Acidogenèse qui permet la transformation de ces monomères en acides volatiles.
– Acétogène qui produit l’acétate
– Méthanogène par la production du méthane (c)

Les microorganismes et leurs applications

En agroalimentaire

Les bactéries et les champignons sont à la base de la fabrication des boissons alcoolisées, des fromages et des pâtisseri es. Ce sont des champignons qui fermentent le sucre de l’orge en alcool. Ils sont sélectionnés par le goût.
Les vins proviennent de la fermentation du raisin produit par les champignons qui existent sur les grappes.
Ainsi pour la fabrication des yaourts, on ajoute des bactéries (Lactobacilles bulgaris) et Streptococcus thermophiles. Ensuite on laisse fermenter le mélange (deux heures à 45°C). Le yaourt final est un produi t vivant et doit contenir des bactéries dont leurs activités ont donné au yaourt un arôme et un goût caractéristique.

Les levures sont également utilisées dans l’industrie agroalimentaire pour fabriquer les boissons alcoolisées par fermentation (bière, vin) toutes les levures qui fermentent le pain, la bière, le vin correspondent au genre Saccharomyces cerevisae.
Pour les produits carnés des moisissures à la surface des boyaux et des pièces de viandes fermentées (Penicillium chrysogenum) et contribuent à leur aromatisation. Un autre moisissure est utilisé dans l’industrie des salaisons, ou il produit la couverture blanche sur les saucissons qui fournit une protection efficace vis à vis des microorganismes contaminants.
Les levures participent au séchage des saucissons, à leur maturation, par les composés aromatiques développant de la couleur, à ’inhibitionl des flores indésirables et en évitant les phénomènes de rancidité.

En agriculture

L’utilisation délibérée des microbes peut augmenter des rendements en agriculture. Comme les bactéries fixatrices d’azote. Ils jouent le rôle fondamental dans la production de nourriture dans le monde.
La connaissance de l’activité des microbes a également son importance dans le contrôle biologique. Elle permet de lutter contre les insectes ravageurs et cette technique peut remplacer l’emploi d’insecticide. Ainsi Bacillus thuringiensis produit une protéine cristalline qui devient toxique dans l’intestin des insectes.

Santé et recherche

Les hormones et les vitamines
Les hormones sont des substances secrétées par les glandes mammaires.
Ils ont des actions spécifiques sur de nombreux organes.
Certains groupes de champignons sont impliqués dans leurs fabrications. De même l’insuline était extraite du pancréas du porc. Aujourd’hui le gène de l’insuline a été introduit dans le génome d’unebactérie pour en produire.
La production de la vitamine, notamment la vitamine B12 nécessaire à la santé des yeux et de la peau. Ainsi le Mycobacterium tuberculosis (Bacille de Kock) est le microbe responsable de la tuberculose. En entrant par les voies respiratoires lorsqu’il a été expulsé dans l’air par les personnes infestées, détruisent les tissus pulmonaires.
Aujourd’hui, un antibiotique nous permet de combattre cette maladie. On utilise le vaccin BCG qui protège notre organisme. C’est la streptomycine produite par la bactérie Streptomyces griseus qui est utilisé pour toute la tuberculose. (XAVIER et LAURENCe, 1997)
Antibiotiques
Un antibiotique est une substance produite par une espèce de champignon. Il agit sur les bactéries pathogènes soit en les tuant, soit en stoppant leurs croissances.

Le premier antibiotique a été découvert par Flemming en 1928. Il étudiait des bactéries quand il s’est aperçu qu’un des cultures accidentellement contaminées par une moisissure ne contenait plus de bactérie. Il l’identifia et la nomma pénicilline.

En environnement

Le traitement biologique d’eau potable
Pendant le traitement d’eau potable, il est possible de faire traverser un filtre de charbon colonisé par des bactéries. Les microorganismes se nourrissent des déchets organiques présents dans l’eau. Ce filtre biologique contribue à purifier l’eau.
Les microbes qui réhabilitent le sol
Au cours de ces dernières décennies, les déversements de plusieurs produits chimiques industriels tels que les hydrocarbures pétroliers ont engendré un problème de pollution de l’environnement. Ils existent dans l’environnement des bactéries et champignons dont les enzymes peuvent réduire ces produits chimiques en produits inoffensifs. Ainsi la bactérie Pseudomonas aeruginosa est l’une de ces bactéries utiles dans la dégradation des hydrocarbures récalcitrants.

Recycler les déchets
La bagasse de canne à sucre est un déchet produit en grande quantité par les raffineries de sucre. Et pour limiter les importantes émissions dans l’atmosphère de l’éthanol un composé organique volatile, une méthode de traitement biologique efficace et peu coûteuse a été mis au point. Cette technique utilise une levure. Elle permet de dégrader rapidement d’importantes quantités d’éthanol. Mais aussi en enrichissant la bagasse en protéine. Elle permet de reconvertir ce déchet en aliment équilibré par le bétail. (TERRAN, 2002)
Valorisation des déchets
L’homme utilise de plus en plus des déchets (urbains, rejets des usines).
L’utilisation des microorganismes valorise ces déchets.
Dans la nature, la décomposition des matières organiques en milieu anaérobie peut engendrer du méthane. En fait le gaz libéré (biogaz) contient 45 à 70% du méthane. (BODEN, 1989)
Cycle biogéochimique
Toutes les substances organiques finissent par être attaquées par les microbes. La décomposition de ces substances assurent le retour dans la nature de tous les éléments minéraux (Carbone, azote, Soufre, phosphore) et qui sont indispensables à la vie des végétaux, des animaux et des microbes eux-mêmes.
La vie sur terre et dans les océans serait impensable sans les microorganismes.

Table des matières

Résumé
INTRODUCTION
I. Etude bibliographique
I.A Les conditions de vie très diverses
I.B Un grand pouvoir de multiplication
I.C Les caractéristiques des microorganismes utiles
I.C.1 Les bactéries
a- Nutrition
a-1 Besoin énergétiques et alimentaires
a-2 Facteurs physiques
b- Croissance
b-1 Facteurs influençant la croissance
I.C.2 Les levures
I.C.3 Les moisissures
I.D Les applications industrielles
I.D.1 Les biotechnologies
I.D.2 Les fermentations microbiennes
I.D.3 Les principaux produits obtenus par la fermentation
I.E Les microorganismes et leurs applications
I.E.1 En agroalimentaire
I.E.2 En Agriculture
I.E.3 Santé et recherche
I.E.4 Environnement
II. MATERIELS ET METHODES
III. Résultats
IV. Discussion
V. Conclusion
Bibliographie

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