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4.2 : Classification des procaryotes et exemples - Biologie

4.2 : Classification des procaryotes et exemples - Biologie


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Objectifs d'apprentissage

  • Expliquer comment les procaryotes sont classés et quels critères sont utilisés pour les regrouper en embranchements
  • Mettez en évidence quelques procaryotes intéressants et divers

Taxonomie et systématique

L'attribution de procaryotes à une certaine espèce est difficile. Ils ne se reproduisent pas sexuellement, il n'est donc pas possible de les classer selon la présence ou l'absence de métissage. De plus, ils n'ont pas beaucoup de caractéristiques morphologiques. Traditionnellement, la classification des procaryotes était basée sur leur forme, leurs schémas de coloration et leurs différences biochimiques ou physiologiques. Plus récemment, à mesure que la technologie s'est améliorée, les séquences nucléotidiques dans les gènes (en particulier l'ARNr) sont devenues un critère important de classification microbienne.

En 1923, le microbiologiste américain David Hendricks Bergey (1860-1937) a publié Un manuel de bactériologie déterminante. Avec ce manuel, il a tenté de résumer les informations sur les types de bactéries connues à cette époque, en utilisant la classification binomiale latine. Bergey a également inclus les propriétés morphologiques, physiologiques et biochimiques de ces organismes. Son manuel a été mis à jour plusieurs fois pour inclure les nouvelles bactéries et leurs propriétés. C'est une grande aide dans la taxonomie bactérienne et les méthodes de caractérisation des bactéries. Une publication sœur plus récente, les cinq volumes Manuel de Bergey de bactériologie systématique, développe le manuel original de Bergey. Il comprend un grand nombre d'espèces supplémentaires, ainsi que des descriptions à jour de la taxonomie et des propriétés biologiques de tous les taxons procaryotes nommés. Cette publication incorpore les noms approuvés des bactéries tels que déterminés par la Liste des noms procaryotes ayant un statut dans la nomenclature (LPSN). Il peut également être trouvé sous forme de document vivant, disponible par abonnement, pour essayer de le maintenir aussi à jour que possible.

Classification par motifs de coloration

Selon leurs schémas de coloration, qui dépendent des propriétés de leurs parois cellulaires, les bactéries ont traditionnellement été classées en gram-positives, gram-négatives et «atypiques», ce qui signifie ni gram-positives ni gram-négatives. Comme expliqué précédemment, les bactéries gram-positives possèdent une paroi cellulaire épaisse de peptidoglycane qui retient le colorant primaire (cristal violet) pendant l'étape de décoloration ; ils restent violets après la procédure de coloration de Gram car le cristal violet domine la couleur rouge/rose clair de la contre-coloration secondaire, la safranine. En revanche, les bactéries gram-négatives possèdent une fine paroi cellulaire de peptidoglycane qui n'empêche pas le cristal violet de s'enlever pendant l'étape de décoloration ; par conséquent, ils apparaissent rouge clair/rose après coloration avec la safranine. Les bactéries qui ne peuvent pas être colorées par la procédure de coloration de Gram standard sont appelées bactéries atypiques. Sont incluses dans la catégorie atypique les espèces de Mycoplasme et Chlamydia, qui n'ont pas de paroi cellulaire et ne peuvent donc pas retenir les réactifs de coloration de Gram. Rickettsia sont également considérés comme atypiques car trop petits pour être évalués par la coloration de Gram.

Plus récemment, les scientifiques ont commencé à classer davantage les bactéries gram-négatives et gram-positives. Ils ont ajouté un groupe spécial de bactéries profondément ramifiées basé sur une combinaison de caractéristiques physiologiques, biochimiques et génétiques. Ils classent également maintenant davantage les bactéries gram-négatives en protéobactéries, Cytophaga-Flavobacterium-Bacteroides (CFB) et les spirochètes.

On pense que les bactéries à ramification profonde sont une forme évolutive très précoce de bactéries. Ils vivent dans des conditions chaudes, acides, exposées aux rayons ultraviolets et anaérobies (privées d'oxygène). Les protéobactéries sont un phylum de groupes très divers de bactéries gram-négatives ; il comprend certains agents pathogènes humains importants (p. E. coli et Bordetella pertussis). Le groupe de bactéries CFB comprend des composants du microbiote intestinal humain normal, comme Bactéroïdes. Les spirochètes sont des bactéries en forme de spirale et comprennent l'agent pathogène Treponema pallidum, qui cause la syphilis. Nous caractériserons ces groupes de bactéries plus en détail plus loin dans cette section.

Sur la base de leur prévalence de nucléotides guanine et cytosine, les bactéries gram-positives sont également classées en bactéries gram-positives à faible G+C et à haute G+C. Les bactéries gram-positives à faible taux de G+C ont moins de 50 % de nucléotides guanine et cytosine dans leur ADN. Ils comprennent des agents pathogènes humains, tels que ceux qui causent l'anthrax (Bacillus anthracis), tétanos (Clostridium tetani) et la listériose (Listeria monocytogenes). Les bactéries à Gram positif élevé en G+C, qui ont plus de 50 % de nucléotides de guanine et de cytosine dans leur ADN, comprennent les bactéries qui causent la diphtérie (Corynebacterium diphtheriae), tuberculose (Mycobacterium tuberculosis) et d'autres maladies.

Cependant, l'utilisation de ces deux descriptions n'obtiendra que de petites quantités de séparation, alors le microbiologiste se tourne vers deux autres descriptions : l'interaction des microbes avec ou la dépendance à l'égard de l'oxygène gazeux, et leur mode principal d'obtention de nutriments (tous deux décrits plus en détail dans les chapitres 7 et 8 ). Les classifications des procaryotes changent constamment à mesure que de nouvelles espèces sont découvertes et que de nouvelles informations apparaissent. La section suivante comprend quelques faits saillants des différents grands groupes et phylums des domaines bactérien et archéen.

Exercice (PageIndex{1})

Quelles caractéristiques les scientifiques utilisent-ils pour classer les procaryotes ?

Protéobactéries

En 1987, le microbiologiste américain Carl Woese (1928-2012) a suggéré qu'un groupe important et diversifié de bactéries qu'il appelait « bactéries violettes et leurs parents » devrait être défini comme un phylum distinct au sein du domaine Bactéries basé sur la similitude du nucléotide. séquences dans leur génome.1 Ce phylum de bactéries gram-négatives a par la suite reçu le nom de Proteobacteria. Il comprend de nombreuses bactéries qui font partie du microbiote humain normal ainsi que de nombreux agents pathogènes. Les protéobactéries sont divisées en cinq classes : les alphaprotéobactéries, les bêtaprotéobactéries, les gammaprotéobactéries, les deltaprotéobactéries et les protéobactéries Epsilon.

Les alphaprotéobactéries comprennent les parasites intracellulaires

Parmi les Alphaprotéobactéries se trouvent deux taxons, les chlamydias et les rickettsies, qui sont des agents pathogènes intracellulaires obligatoires, ce qui signifie qu'une partie de leur cycle de vie doit se dérouler à l'intérieur d'autres cellules appelées cellules hôtes. Lorsqu'il ne pousse pas à l'intérieur d'une cellule hôte, Chlamydia et Rickettsia sont métaboliquement inactifs en dehors de la cellule hôte. Ils ne peuvent pas synthétiser leur propre adénosine triphosphate (ATP) et, par conséquent, dépendent des cellules pour leurs besoins énergétiques.

Rickettsia spp. comprennent un certain nombre d'agents pathogènes humains graves. Par exemple, R. rickettsii provoque la fièvre pourprée des montagnes Rocheuses, une forme potentiellement mortelle de méningo-encéphalite (inflammation des membranes qui enveloppent le cerveau). R. rickettsii infecte les tiques et peut être transmis à l'homme par la morsure d'une tique infectée (Figure (PageIndex{1})). Une autre espèce de Rickettsia, R. prowazekii, se propage par les poux. Il provoque le typhus épidémique, une maladie infectieuse grave courante pendant les guerres et les migrations massives de personnes. prowazekii infecte les cellules endothéliales humaines, provoquant une inflammation de la paroi interne des vaisseaux sanguins, une forte fièvre, des douleurs abdominales et parfois un délire. Un parent, R. typhi, provoque une maladie moins grave connue sous le nom de typhus murin ou endémique, qui est encore observée dans le sud-ouest des États-Unis pendant les saisons chaudes.

Chlamydia est un autre taxon des Alphaprotéobactéries. Les membres de ce genre sont extrêmement résistants aux défenses cellulaires, ce qui leur donne la capacité de se propager d'hôte en hôte rapidement via des corps élémentaires. Les corps élémentaires métaboliquement et reproductivement inactifs sont la forme endosporée de bactéries intracellulaires qui pénètrent dans une cellule épithéliale, où elles deviennent actives. La figure (PageIndex{2}) illustre le cycle de vie de Chlamydia. C. trachomatis est un agent pathogène humain qui cause le trachome, une maladie des yeux, conduisant souvent à la cécité. trachomatis provoque également la maladie sexuellement transmissible lymphogranulome vénérien (LGV). Cette maladie est souvent légèrement symptomatique, se manifestant par un gonflement régional des ganglions lymphatiques, ou elle peut être asymptomatique, mais elle est extrêmement contagieuse et courante sur les campus universitaires.

Les bêtaprotéobactéries comprennent d'autres bactéries infectieuses familières

Contrairement aux alphaprotéobactéries, qui survivent avec une quantité minimale de nutriments, la classe des bêtaprotéobactéries sont des eutrophes (ou copiotrophes), ce qui signifie qu'elles nécessitent une quantité abondante de nutriments organiques. Les bêtaprotéobactéries se développent souvent entre les zones aérobies et anaérobies (par exemple, dans les intestins des mammifères). Certains genres comprennent des espèces qui sont des agents pathogènes humains, capables de provoquer des maladies graves, parfois mortelles. L'agent pathogène responsable de la coqueluche (coqueluche) est également membre des Betaproteobacteria. La bactérie Bordetella pertussis, de l'ordre Burkholderiales, produit plusieurs toxines qui paralysent le mouvement des cils dans les voies respiratoires humaines et endommagent directement les cellules des voies respiratoires, provoquant une toux sévère.

Le genre Neisseria, par exemple, comprend les bactéries N. gonorrhoeae, l'agent causal de la gonorrhée IST, et N. meningitides, l'agent causal de la méningite bactérienne. Neisseria sont des cocci qui vivent sur les surfaces muqueuses du corps humain. Ils sont fastidieux ou difficiles à cultiver, et ils nécessitent des niveaux élevés d'humidité, de suppléments nutritifs et de dioxyde de carbone. Aussi, Neisseria sont microaérophiles, ce qui signifie qu'ils nécessitent de faibles niveaux d'oxygène. Pour une croissance optimale et à des fins d'identification, Neisseria spp. sont cultivés sur gélose au chocolat (c'est-à-dire gélose complétée par des globules rouges partiellement hémolysés). Leur schéma caractéristique de croissance en culture est diplococcique : paires de cellules ressemblant à des grains de café (Figure (PageIndex{3})).

Gammaprotéobactéries

La classe la plus diversifiée de bactéries gram-négatives est celle des gammaprotéobactéries, et elle comprend un certain nombre d'agents pathogènes humains. Par exemple, une famille nombreuse et diversifiée, Pseudomonacées, comprend le genre Pseudomonas. Dans ce genre se trouve l'espèce P. aeruginosa, un agent pathogène responsable de diverses infections dans diverses régions du corps. Il infecte souvent les plaies et les brûlures, peut être à l'origine d'infections chroniques des voies urinaires et peut être une cause importante d'infections respiratoires chez les patients atteints de mucoviscidose ou sous ventilation mécanique. Infections par P. aeruginosa sont souvent difficiles à traiter car la bactérie est résistante à de nombreux antibiotiques et possède une remarquable capacité à former des biofilms. D'autres représentants de Pseudomonas inclure la bactérie fluorescente (brillante) P. fluorescens et les bactéries du sol P. putida, qui est connu pour sa capacité à dégrader les xénobiotiques (substances non produites naturellement ou trouvées dans les organismes vivants).

Un autre membre célèbre est E. coli est peut-être la bactérie la plus étudiée depuis sa première description en 1886 par Theodor Escherich (1857-1911). De nombreuses souches de E. coli sont dans des relations mutualistes avec les humains. Cependant, certaines souches produisent une toxine potentiellement mortelle appelée toxine de Shiga, qui perfore les membranes cellulaires du gros intestin, provoquant une diarrhée sanglante et une péritonite (inflammation des parois internes de la cavité abdominale). Autre E. coli souches peuvent causer la diarrhée du voyageur, une maladie moins grave mais très répandue. Les genres Pasteruella, Legionella, Haemophilus et Salmonelle.

L'ordre Vibrionales comprend l'agent pathogène humain Vibrio cholerae. Cette bactérie aquatique en forme de virgule se développe dans des environnements très alcalins comme les lagunes peu profondes et les ports maritimes. Une toxine produite par V. cholerae provoque une hypersécrétion d'électrolytes et d'eau dans le gros intestin, entraînant une diarrhée aqueuse abondante et une déshydratation. V. parahaemolyticus est également une cause de maladie gastro-intestinale chez l'homme, alors que V. vulnificus provoque une cellulite grave et potentiellement mortelle (infection de la peau et des tissus plus profonds) et des infections transmissibles par le sang. Un autre représentant de Vibrionales, Aliivibrio fischeri, s'engage dans une relation symbiotique avec le calmar. Le calmar fournit des nutriments pour la croissance des bactéries et les bactéries produisent une bioluminescence qui protège le calmar des prédateurs (Figure (PageIndex{4})).

Les deltaprotéobactéries comprennent une dispersion potentiellement utile de bactéries utiles

Les deltaprotéobactéries sont une petite classe de protéobactéries à Gram négatif qui comprend les bactéries sulfato-réductrices (SRB), ainsi nommées parce qu'elles utilisent le sulfate comme accepteur d'électrons final dans la chaîne de transport d'électrons. Peu de SRB sont pathogènes. Cependant, le SRB Desulfovibrio oral est associée à une maladie parodontale (maladie des gencives).

Les deltaprotéobactéries comprennent également le genre Bdellovibrio, dont les espèces sont des parasites d'autres bactéries gram-négatives. Bdellovibrio envahit les cellules de la bactérie hôte, se positionnant dans le périplasme, l'espace entre la membrane plasmique et la paroi cellulaire, se nourrissant des protéines et des polysaccharides de l'hôte. L'infection est mortelle pour les cellules hôtes.

Un autre type de deltaprotéobactéries, les myxobactéries, vit dans le sol, piégeant les composés inorganiques. Motiles et très sociables, elles interagissent avec d'autres bactéries à l'intérieur et à l'extérieur de leur propre groupe. Ils peuvent former des « fructifications » macroscopiques multicellulaires (Figure (PageIndex{5})), structures encore étudiées par les biologistes et les écologistes bactériens.2 Ces bactéries peuvent également former des myxospores métaboliquement inactives.

Epsilonproteobacteria comprend des agents pathogènes gastro-intestinaux familiers

La plus petite classe de protéobactéries est celle des Epsilonprotéobactéries, qui sont des bactéries microaérophiles à Gram négatif (ce qui signifie qu'elles n'ont besoin que de petites quantités d'oxygène dans leur environnement). Deux genres cliniquement pertinents d'Epsilonproteobacteria sont Campylobacter et Helicobacter, qui contiennent tous deux des agents pathogènes humains. Campylobacter peut provoquer une intoxication alimentaire qui se manifeste par une entérite sévère (inflammation de l'intestin grêle). Cette condition, causée par l'espèce C. jejuni, est assez courant dans les pays développés, généralement en raison de la consommation de produits avicoles contaminés. Les poulets abritent souvent C. jejuni dans leur tractus gastro-intestinal et leurs matières fécales, et leur viande peut être contaminée pendant le traitement.

Au sein du genre Helicobacter, la bactérie hélicoïdale flagellée H. pylori a été identifié comme un membre bénéfique du microbiote gastrique, mais c'est aussi la cause la plus fréquente de gastrite chronique et d'ulcères de l'estomac et du duodénum (Figure (PageIndex{6})). Des études ont également montré que H. pylori est lié au cancer de l'estomac.3 H. pylori est quelque peu inhabituel dans sa capacité à survivre dans l'environnement très acide de l'estomac. Il produit de l'uréase et d'autres enzymes qui modifient son environnement pour le rendre moins acide.

Bactéries Gram-négatives et Bactéries Phototrophes Non Protéobactéries

La majorité des bactéries gram-négatives appartiennent au phylum Proteobacteria, discuté dans la section précédente. Ceux qui ne le font pas sont appelés les non protéobactéries. Dans cette section, nous décrirons trois classes de non protéobactéries gram-négatives : les spirochètes, le groupe CFB et les planctomycètes. Un groupe diversifié de bactéries phototrophes qui comprend des protéobactéries et des non protéobactéries sera discuté à la fin de cette section.

Spirochetes

Plusieurs genres de spirochètes comprennent des agents pathogènes humains. Par exemple, le genre Tréponème comprend une espèce T. pallidum, qui est en outre classée en quatre sous-espèces : T. pallidum pallidum, T. pallidum pertenue, T. pallidum carateum, et T. pallidum endémique. La sous-espèce T. pallidum pallidum provoque l'infection sexuellement transmissible connue sous le nom de syphilis, la troisième infection bactérienne sexuellement transmissible la plus répandue aux États-Unis, après la chlamydia et la gonorrhée. Les autres sous-espèces de T. pallidum causent des maladies infectieuses tropicales de la peau, des os et des articulations.

Un autre genre de spirochète, Borrelia, contient un certain nombre d'espèces pathogènes. B. burgdorferi provoque la maladie de Lyme, qui est transmise par plusieurs genres de tiques (notamment Ixodes et Amblyomma) et produit souvent une éruption cutanée en « œil de bœuf », de la fièvre, de la fatigue et, parfois, une arthrite débilitante. se reproduit provoque une maladie connue sous le nom de fièvre récurrente.

Les spirochètes se caractérisent par leur corps long (jusqu'à 250 m) en forme de spirale. La plupart des spirochètes sont également très minces, ce qui rend difficile l'examen de préparations colorées au Gram sous un microscope conventionnel à fond clair. La microscopie à fluorescence à fond noir est généralement utilisée à la place. Les spirochètes sont également difficiles voire impossibles à cultiver. Ils sont très mobiles, utilisant leur filament axial pour se propulser. Le filament axial est similaire à un flagelle, mais il s'enroule autour de la cellule et passe à l'intérieur du corps cellulaire d'un spirochète dans l'espace périplasmique entre la membrane externe et la membrane plasmique (Figure (PageIndex{7})).

Bactéries phototrophes

Les bactéries phototrophes sont une catégorie vaste et diversifiée de bactéries qui ne représentent pas un taxon mais plutôt un groupe de bactéries qui utilisent la lumière du soleil comme principale source d'énergie. Ce groupe contient à la fois des protéobactéries et des non protéobactéries. Ils utilisent l'énergie solaire pour synthétiser l'ATP par photosynthèse. Lorsqu'ils produisent de l'oxygène, ils effectuent la photosynthèse oxygénée. Lorsqu'ils ne produisent pas d'oxygène, ils effectuent une photosynthèse anoxygénique. À l'exception de certaines cyanobactéries, la majorité des bactéries phototrophes effectuent une photosynthèse anoxygénique.

Un grand groupe de bactéries phototrophes comprend les bactéries violettes ou vertes qui effectuent la photosynthèse à l'aide de bactériochlorophylles, qui sont des pigments verts, violets ou bleus similaires à la chlorophylle des plantes. Certaines de ces bactéries contiennent une quantité variable de pigments rouges ou oranges appelés caroténoïdes. Leur couleur varie de l'orange au rouge au violet au vert (Figure (PageIndex{8})), et ils sont capables d'absorber la lumière de différentes longueurs d'onde. Traditionnellement, ces bactéries sont classées en bactéries soufrées et non soufrées ; ils sont en outre différenciés par la couleur. Les bactéries soufrées effectuent une photosynthèse anoxygénique, en utilisant des sulfites comme donneurs d'électrons et en libérant du soufre élémentaire libre. Les bactéries non soufrées utilisent des substrats organiques, tels que le succinate et le malate, comme donneurs d'électrons.

Un autre grand groupe diversifié de bactéries phototrophes compose le phylum Cyanobactéries ; ils tirent leur couleur bleu-vert de la chlorophylle contenue dans leurs cellules (Figure (PageIndex{9})). Les espèces de ce groupe effectuent la photosynthèse oxygénée, produisant des mégatonnes d'oxygène gazeux. Les scientifiques émettent l'hypothèse que les cyanobactéries ont joué un rôle essentiel dans le changement de l'atmosphère anoxique de notre planète il y a 1 à 2 milliards d'années en l'environnement riche en oxygène que nous avons aujourd'hui.4 Les cyanobactéries ont d'autres propriétés remarquables. Étonnamment adaptables, ils prospèrent dans de nombreux habitats, y compris les environnements marins et d'eau douce, le sol et même les roches. Ils peuvent vivre dans une large gamme de températures, même dans les températures extrêmes de l'Antarctique. Ils peuvent vivre en tant qu'organismes unicellulaires ou en colonies, et ils peuvent être filamenteux, formant des gaines ou des biofilms. Beaucoup d'entre eux fixent l'azote, convertissant l'azote moléculaire en nitrites et nitrates que d'autres bactéries, plantes et animaux peuvent utiliser. Les réactions de fixation de l'azote se produisent dans des cellules spécialisées appelées hétérocystes.

Actinobactéries : Bactéries Gram-positives à G+C élevé

Le nom Actinobacteria vient des mots grecs pour des rayons et petite tige, mais les Actinobactéries sont très diverses. Leur aspect microscopique peut aller des tiges ramifiées filamenteuses minces aux coccobacilles. Certaines actinobactéries sont très grandes et complexes, tandis que d'autres sont parmi les plus petits organismes vivant indépendamment. La plupart des actinobactéries vivent dans le sol, mais certaines sont aquatiques. La grande majorité est aérobie. Une caractéristique distinctive de ce groupe est la présence de plusieurs peptidoglycanes différents dans la paroi cellulaire.

Le genre Actinomyces est un représentant très étudié des Actinobactéries. Actinomyces spp. jouent un rôle important dans l'écologie des sols, et certaines espèces sont des agents pathogènes humains. Un nombre de Actinomyces spp. habitent la bouche humaine et sont des agents pathogènes opportunistes, provoquant des maladies infectieuses comme la parodontite (inflammation des gencives) et les abcès buccaux. Les espèces A. israélien est un anaérobie connu pour provoquer une endocardite (inflammation de la paroi interne du cœur). Le genre Mycobactérie est représenté par des bacilles recouverts d'une couche d'acide mycolique. Cette couche cireuse protège les bactéries de certains antibiotiques, les empêche de se dessécher et bloque la pénétration des réactifs de coloration de Gram. Pour cette raison, une procédure spéciale de coloration acido-résistante est utilisée pour visualiser ces bactéries. Le genre Mycobactérie est une cause importante d'un groupe diversifié de maladies infectieuses. M. tuberculose est l'agent causal de la tuberculose, une maladie qui affecte principalement les poumons, mais peut également infecter d'autres parties du corps. On estime qu'un tiers de la population mondiale a été infecté par M. tuberculose et des millions de nouvelles infections surviennent chaque année. Traitement de M. tuberculose est difficile et oblige les patients à prendre une combinaison de médicaments pendant une période prolongée. Le développement et la propagation de souches multirésistantes de cet agent pathogène compliquent encore davantage le traitement. Une autre espèce pathogène, M. leprae, est la cause de la maladie de Hansen (lèpre), une maladie chronique qui affecte les nerfs périphériques et l'intégrité de la peau et de la surface muqueuse des voies respiratoires. La perte de sensation de douleur et la présence de lésions cutanées augmentent la susceptibilité aux blessures secondaires et aux infections par d'autres agents pathogènes.

Groupes de bactéries Gram-positives à faible teneur en G+C

Les bactéries gram-positives à faible taux de G+C ont moins de 50 % de guanine et de cytosine dans leur ADN, et ce groupe de bactéries comprend un certain nombre de genres de bactéries pathogènes.

Clostridia

Une classe large et diversifiée de bactéries gram-positives à faible taux de G+C est Clostridia. Le genre le mieux étudié de cette classe est Clostridium. Ces bactéries en forme de bâtonnets sont généralement des anaérobies obligatoires qui produisent des endospores et peuvent être trouvées dans des habitats anaérobies comme le sol et les sédiments aquatiques riches en nutriments organiques. Les endospores peuvent survivre plusieurs années.

Clostridium spp. produisent plus de types de toxines protéiques que tout autre genre bactérien, et plusieurs espèces sont des agents pathogènes humains. perfringens est la troisième cause d'intoxication alimentaire aux États-Unis et est l'agent causal d'une maladie encore plus grave appelée gangrène gazeuse. La gangrène gazeuse se produit lorsque C. perfringens les endospores pénètrent dans une plaie et germent, devenant des cellules bactériennes viables et produisant une toxine qui peut provoquer la nécrose (mort) des tissus. tetani, qui provoque le tétanos, produit une neurotoxine capable de pénétrer dans les neurones, de se déplacer vers les régions du système nerveux central où elle bloque l'inhibition de l'influx nerveux impliqué dans les contractions musculaires et de provoquer une paralysie spastique potentiellement mortelle. botulique produit la neurotoxine botulique, la toxine biologique la plus mortelle connue. La toxine botulique est responsable de cas rares mais souvent mortels de botulisme. La toxine bloque la libération d'acétylcholine dans les jonctions neuromusculaires, provoquant une paralysie flasque. A de très faibles concentrations, la toxine botulique a été utilisée pour traiter des pathologies musculaires chez l'homme et dans une procédure cosmétique pour éliminer les rides. difficile est une source fréquente d'infections nosocomiales (Figure (PageIndex{10})) pouvant entraîner des cas graves voire mortels de colite (inflammation du gros intestin). Les infections surviennent souvent chez des patients immunodéprimés ou sous antibiothérapie qui altère le microbiote normal du tractus gastro-intestinal.

Lactobacilles

L'ordre des Lactobacillales comprend des bactéries gram-positives à faible G+C qui incluent à la fois des bacilles et des cocci dans les genres Lactobacilles, Leuconostoc, Entérocoque, et Streptocoque. Les bactéries des trois derniers genres sont généralement sphériques ou ovoïdes et forment souvent des chaînes.

Streptocoque, dont le nom vient du mot grec pour chaîne torsadée, est responsable de nombreux types de maladies infectieuses chez l'homme. Les espèces de ce genre, souvent appelées streptocoques, sont généralement classées par sérotypes appelés groupes de Lancefield, et par leur capacité à lyser les globules rouges lorsqu'elles sont cultivées sur gélose au sang.

S. pyogenes appartient au groupe de Lancefield A, -hémolytique Streptocoque. Cette espèce est considérée comme un pathogène pyogénique en raison de la production de pus associée observée avec les infections qu'elle provoque (Figure (PageIndex{11})). S. pyogenes est la cause la plus fréquente de pharyngite bactérienne (angine streptococcique); c'est également une cause importante de diverses infections cutanées qui peuvent être relativement bénignes (par exemple, l'impétigo) ou potentiellement mortelles (par exemple, la fasciite nécrosante, également connue sous le nom de maladie mangeuse de chair), potentiellement mortelles.

Bacilles

Le nom de la classe Bacilli suggère qu'elle est composée de bactéries de forme bacille, mais il s'agit d'une classe morphologiquement diverse qui comprend des genres en forme de bacille et de cocccus. Parmi les nombreux genres de cette classe, il y en a deux qui sont très importants sur le plan clinique : Bacille et Staphylocoque. Bactéries du genre Bacille ont la forme d'un bacille et peuvent produire des endospores. Ils comprennent les aérobies ou les anaérobies facultatifs. Un nombre de Bacille spp. sont utilisés dans diverses industries, y compris la production d'antibiotiques (par exemple, barnase), d'enzymes (par exemple, alpha-amylase, endonucléase de restriction BamH1) et de détergents (par exemple, subtilisine).

Deux agents pathogènes notables appartiennent au genre Bacille. B. anthracis est l'agent pathogène qui cause la fièvre charbonneuse, une maladie grave qui affecte les animaux sauvages et domestiques et peut se propager des animaux infectés aux humains. La fièvre charbonneuse se manifeste chez l'homme par des ulcères de couleur noir charbon sur la peau, une entérocolite grave, une pneumonie et des lésions cérébrales dues à un gonflement. S'il n'est pas traité, l'anthrax est mortel. cereus, une espèce étroitement apparentée, est un agent pathogène qui peut provoquer une intoxication alimentaire. C'est une espèce en forme de bâtonnet qui forme des chaînes. Les colonies apparaissent blanc laiteux avec des formes irrégulières lorsqu'elles sont cultivées sur gélose au sang (Figure (PageIndex{12})). Une autre espèce importante est B. thuringiensis. Cette bactérie produit un certain nombre de substances utilisées comme insecticides car elles sont toxiques pour les insectes.

Le genre Staphylocoque appartient également à la classe des bacilles, même si sa forme est un coccus plutôt qu'un bacille. Le nom Staphylocoque vient d'un mot grec pour grappes de raisin, qui décrit leur aspect microscopique en culture. Staphylocoque spp. sont anaérobies facultatifs, halophiles et immobiles. Les deux espèces les mieux étudiées de ce genre sont S. epidermidis et S. aureus.

S. epidermidis, dont l'habitat principal est la peau humaine, est considéré comme non pathogène pour les humains ayant un système immunitaire sain, mais chez les patients présentant une immunodéficience, il peut provoquer des infections dans les plaies cutanées et les prothèses (par exemple, les articulations artificielles, les valves cardiaques). S. epidermidis est également une cause importante d'infections associées aux cathéters intraveineux. Cela en fait un agent pathogène dangereux en milieu hospitalier, où de nombreux patients peuvent être immunodéprimés.

Souches de S. aureus provoquer une grande variété d'infections chez l'homme, y compris des infections cutanées qui produisent des furoncles, des anthrax, de la cellulite ou de l'impétigo. Certaines souches de S. aureus produire une substance appelée entérotoxine, qui peut provoquer une entérite grave, souvent appelée intoxication alimentaire à base de staphylocoque. Certaines souches de S. aureus produisent la toxine responsable du syndrome de choc toxique, qui peut entraîner un collapsus cardiovasculaire et la mort.

Mycoplasmes

Même si Mycoplasme spp. ne possèdent pas de paroi cellulaire et, par conséquent, ne sont pas colorés par les réactifs de coloration de Gram, ce genre est toujours inclus avec les bactéries gram-positives à faible G+C. Le genre Mycoplasme comprend plus de 100 espèces, qui partagent plusieurs caractéristiques uniques. Ce sont de très petites cellules, certaines d'un diamètre d'environ 0,2 µm, ce qui est plus petit que certains gros virus. Ils n'ont pas de parois cellulaires et sont donc pléomorphes, ce qui signifie qu'ils peuvent prendre diverses formes et peuvent même ressembler à de très petites cellules animales. Parce qu'ils n'ont pas de forme caractéristique, ils peuvent être difficiles à identifier. Une espèce, M. pneumoniae, provoque la forme bénigne de pneumonie connue sous le nom de « pneumonie à pied » ou « pneumonie atypique ». Cette forme de pneumonie est généralement moins grave que les formes causées par d'autres bactéries ou virus.

Orientation clinique - Résolution

L'échantillon d'expectoration de Marsha a été envoyé au laboratoire de microbiologie pour confirmer l'identité du micro-organisme à l'origine de son infection. Le laboratoire a également effectué des tests de sensibilité aux antimicrobiens (AST) sur l'échantillon pour confirmer que le médecin a prescrit les médicaments antimicrobiens appropriés.

L'examen microscopique direct des expectorations a révélé des bactéries acido-résistantes (AFB) présentes dans les expectorations de Marsha. Lors de la mise en culture, il n'y avait aucun signe de croissance pendant les 8 premiers jours, ce qui suggère que le micro-organisme était soit mort, soit en croissance très lente. La croissance lente est une caractéristique distinctive de M. tuberculose.

Après quatre semaines, le microbiologiste du laboratoire a observé des colonies granulées incolores distinctives (Figure (PageIndex{13})). Les colonies contenaient des BAAR présentant les mêmes caractéristiques microscopiques que celles révélées lors de l'examen microscopique direct des crachats de Marsha. Pour confirmer l'identification de l'AFB, des échantillons des colonies ont été analysés en utilisant une hybridation d'acide nucléique ou un test d'amplification directe d'acide nucléique (NAA). Lorsqu'une bactérie est acido-résistante, elle est classée dans la famille Mycobactéries. Le séquençage de l'ADN de régions génomiques variables de l'ADN extrait de ces bactéries a révélé qu'il était élevé en G+C. Ce fait a servi à finaliser le diagnostic de Marsha comme infection par M. tuberculose. Après neuf mois de traitement avec les médicaments prescrits par son médecin, Marsha s'est complètement rétablie.

Biopiraterie et bioprospection

En 1969, un employé d'une société pharmaceutique suisse était en vacances en Norvège et a décidé de collecter des échantillons de sol. Il les a ramenés dans son laboratoire, et la société suisse a ensuite utilisé le champignon Tolypocladium gonfler dans ces échantillons pour développer la cyclosporine A, un médicament largement utilisé chez les patients qui subissent une transplantation de tissus ou d'organes. La société suisse gagne plus d'un milliard de dollars par an pour la production de cyclosporine A, mais la Norvège ne reçoit rien en retour, aucun paiement au gouvernement ni avantage pour le peuple norvégien. Malgré le fait que la cyclosporine A sauve de nombreuses vies, beaucoup considèrent les moyens par lesquels les échantillons de sol ont été obtenus comme un acte de « biopiraterie », essentiellement une forme de vol. La fin justifie-t-elle les moyens dans un cas comme celui-ci ?

La nature regorge de bactéries et d'autres micro-organismes encore inconnus qui pourraient un jour être utilisés pour développer de nouveaux médicaments ou traitements vitaux.5 Les sociétés pharmaceutiques et biotechnologiques devraient tirer d'énormes profits de ces découvertes, mais des questions éthiques demeurent. A qui appartiennent les ressources biologiques ? Les entreprises qui investissent (et risquent) des millions de dollars en recherche et développement devraient-elles être obligées de partager des revenus ou des redevances pour le droit d'accéder aux ressources biologiques ?

La rémunération n'est pas le seul problème en matière de bioprospection. Certaines communautés et cultures sont philosophiquement opposées à la bioprospection, craignant les conséquences imprévues de la collecte de matériel génétique ou biologique. Les indigènes hawaïens, par exemple, sont très protecteurs de leurs ressources biologiques uniques.

Pendant de nombreuses années, on ne savait pas quels étaient les droits des agences gouvernementales, des entreprises privées et des citoyens lorsqu'il s'agissait de collecter des échantillons de micro-organismes sur des terres publiques. Puis, en 1993, la Convention sur la diversité biologique a accordé à chaque nation les droits sur tout matériel génétique et biologique trouvé sur ses propres terres. Les scientifiques ne peuvent plus collecter d'échantillons sans un accord préalable avec le propriétaire foncier pour une compensation. Cette convention garantit désormais que les entreprises agissent de manière éthique dans l'obtention des échantillons qu'elles utilisent pour créer leurs produits.

Bactéries profondément ramifiées

Sur un arbre phylogénétique, le tronc ou la racine de l'arbre représente un ancien ancêtre évolutif commun, souvent appelé le dernier ancêtre commun universel (LUCA), et les branches sont ses descendants évolutifs. Les scientifiques considèrent les bactéries profondément ramifiées, telles que le genre acétotherme, pour être la première de ces formes de vie non-LUCA produites par l'évolution il y a quelque 3,5 milliards d'années. Lorsqu'elles sont placées sur l'arbre phylogénétique, elles proviennent de la racine commune de la vie, profonde et proche de la racine LUCA, d'où le nom de « profondément ramifiée ». (voir chapitre 1, section 4 pour examen)

Les bactéries profondément ramifiées peuvent fournir des indices sur la structure et la fonction des formes de vie anciennes et maintenant éteintes. Nous pouvons émettre l'hypothèse que les bactéries anciennes, comme les bactéries à ramification profonde qui existent encore, étaient thermophiles ou hyperthermophiles, ce qui signifie qu'elles prospéraient à des températures très élevées. Aceothermus paucivorans, une bactérie anaérobie à Gram négatif découverte en 1988 dans les boues d'épuration, est un thermophile poussant à une température optimale de 58 °C.6 Les scientifiques ont déterminé qu'il s'agissait de la bactérie à ramification la plus profonde ou du parent évolutif le plus proche de la LUCA.

La classe Thermotogae est principalement représentée par des bactéries à Gram négatif hyperthermophiles, ainsi que par certaines mésophiles (préférant des températures modérées), anaérobies à Gram négatif dont les cellules sont enveloppées dans une membrane externe particulière en forme de gaine appelée toge. La fine couche de peptidoglycane dans leur paroi cellulaire a une structure inhabituelle ; il contient de l'acide diaminopimélique et de la D-lysine. Ces bactéries sont capables d'utiliser une variété de substrats organiques et de produire de l'hydrogène moléculaire, qui peut être utilisé dans l'industrie. La classe contient plusieurs genres, dont le plus connu est le genre Thermotoga. Une espèce de ce genre, T. maritima, vit près des bouches thermiques océaniques et prospère à des températures de 90 °C; une autre espèce, T. souterrain, vit dans des réservoirs de pétrole souterrains.

Enfin, la bactérie profondément ramifiée Déinocoque radiodurans appartient à un genre dont le nom est dérivé d'un mot grec signifiant terrible baie. Surnommé « Conan la bactérie », D. radiodurans est considéré comme un polyextrêmophile en raison de sa capacité à survivre dans de nombreux types de conditions extrêmes : chaleur extrême, sécheresse, vide, acidité et rayonnement. Il doit son nom à sa capacité à résister à des doses de rayonnements ionisants qui tuent toutes les autres bactéries connues ; cette capacité spéciale est attribuée à certains mécanismes uniques de réparation de l'ADN.

Archées

Comme les organismes du domaine Bactéries, les organismes du domaine Archaea sont tous des organismes unicellulaires. Cependant, les archées diffèrent structurellement des bactéries de plusieurs manières importantes. Résumer:

  • La membrane cellulaire des archées est composée de liaisons éther avec des chaînes isoprène ramifiées (par opposition à la membrane cellulaire bactérienne, qui a des liaisons ester avec des acides gras non ramifiés).
  • Les parois cellulaires des archées sont dépourvues de peptidoglycane, mais certaines contiennent une substance structurellement similaire appelée pseudopeptidoglycane ou pseudomuréine.
  • Les génomes des archées sont plus gros et plus complexes que ceux des bactéries.

Domaine Archaea est aussi diversifié que domaine Bactéries, et ses représentants peuvent être trouvés dans n'importe quel habitat. Certaines archées sont mésophiles et beaucoup sont extrêmophiles, préférant le chaud ou le froid extrême, une salinité extrême ou d'autres conditions hostiles à la plupart des autres formes de vie sur terre. Leur métabolisme est adapté aux environnements difficiles, et ils peuvent par exemple effectuer une méthanogenèse, ce que les bactéries et les eucaryotes ne peuvent pas. À quelques exceptions près, les archées ne sont pas présentes dans le microbiote humain et aucune n'est actuellement connue pour être associée à des maladies infectieuses chez l'homme, les animaux, les plantes ou les micro-organismes. Cependant, beaucoup jouent un rôle important dans l'environnement et peuvent donc avoir un impact indirect sur la santé humaine.

La taille et la complexité du génome des archées rendent sa classification difficile. La plupart des taxonomistes s'accordent à dire qu'au sein des Archaea, il existe actuellement cinq phylums principaux : Crenarchaeota, Euryarchaeota, Korarchaeota, Nanoarchaeota et Thaumarchaeota. Il existe probablement de nombreux autres groupes d'archées qui n'ont pas encore été systématiquement étudiés et classés.

Crenarchaeota

Les Crenarchaeota sont une classe d'Archaea extrêmement diversifiée, contenant des genres et des espèces qui diffèrent considérablement par leur morphologie et leurs exigences de croissance. Tous les Crenarchaeota sont des organismes aquatiques et on pense qu'ils sont les micro-organismes les plus abondants dans les océans. La plupart des Crenarchaeota, mais pas tous, sont hyperthermophiles ; certains d'entre eux (notamment le genre Pyrolobus) sont capables de croître à des températures allant jusqu'à 113 °C.7

Euryarchaeota

Le phylum Euryarchaeota comprend plusieurs classes distinctes. Les espèces des classes Methanobacteria, Methanococci et Methanomicrobia représentent des archées qui peuvent être généralement décrites comme méthanogènes.Les méthanogènes sont uniques en ce qu'ils peuvent réduire le dioxyde de carbone en présence d'hydrogène, produisant du méthane. Ils peuvent vivre dans les environnements les plus extrêmes et peuvent se reproduire à des températures variant de sous le point de congélation à l'ébullition. Des méthanogènes ont été trouvés dans des sources chaudes ainsi qu'en profondeur sous la glace au Groenland. Certains scientifiques ont même émis l'hypothèse que des méthanogènes pourraient habiter la planète Mars parce que le mélange de gaz produit par les méthanogènes ressemble à la composition de l'atmosphère martienne.8

On pense que les méthanogènes contribuent à la formation de sédiments anoxiques en produisant du sulfure d'hydrogène, produisant du « gaz des marais ». Ils produisent également des gaz chez les ruminants et les humains. Certains genres de méthanogènes, notamment Méthanosarcina, peuvent croître et produire du méthane en présence d'oxygène, bien que la grande majorité soient des anaérobies stricts.

La classe Halobactéries (qui a été nommée avant que les scientifiques ne reconnaissent la distinction entre les archées et les bactéries) comprend les archées halophiles («aimant le sel»). Les halobactéries nécessitent des concentrations très élevées de chlorure de sodium dans leur milieu aquatique. La concentration requise est proche de la saturation, à 36 % ; ces environnements comprennent la mer Morte ainsi que certains lacs salés en Antarctique et en Asie centrale et méridionale. Une caractéristique remarquable de ces organismes est qu'ils effectuent la photosynthèse en utilisant la protéine bactériorhodopsine, qui leur donne, ainsi qu'aux plans d'eau qu'ils habitent, une belle couleur pourpre (Figure (PageIndex{15})).

Les espèces notables d'halobactéries comprennent Halobacterium salinarum, qui est peut-être le plus ancien organisme vivant sur terre ; les scientifiques ont isolé son ADN à partir de fossiles vieux de 250 millions d'années.9 Une autre espèce, Haloferax volcanii, montre un système d'échange d'ions très sophistiqué, qui lui permet d'équilibrer la concentration de sels à haute température

Orientation clinique : résolution

Lorsque Marsha s'est finalement rendue au cabinet du médecin, le médecin a écouté sa respiration à l'aide d'un stéthoscope. Il a entendu des crépitations (un crépitement) dans ses poumons, il a donc commandé une radiographie pulmonaire et a demandé à l'infirmière de prélever un échantillon d'expectorations pour une évaluation microbiologique et une cytologie. L'évaluation radiologique a trouvé des cavités, des opacités et un schéma particulier de distribution de matériel anormal (Figure (PageIndex{16})).

Sur la base de ses symptômes, le médecin de Marsha soupçonnait qu'elle avait un cas de tuberculose. Bien que moins courante aux États-Unis, la tuberculose est encore extrêmement courante dans de nombreuses régions du monde, y compris au Nigeria. Le travail de Marsha là-bas dans un laboratoire médical l'a probablement exposée à Mycobacterium tuberculosis, la bactérie responsable de la tuberculose.

Le médecin de Marsha lui a ordonné de rester à la maison, de porter un masque respiratoire et de se confiner autant que possible dans une pièce. Il a également dit que Marsha avait dû s'absenter un semestre de l'école. Il lui a prescrit de l'isoniazide et de la rifampine, des antibiotiques utilisés dans un cocktail de médicaments pour traiter la tuberculose, que Marsha devait prendre trois fois par jour pendant au moins trois mois.

Exercice (PageIndex{1})

  • Quelles sont les maladies possibles qui pourraient être responsables des résultats de la radiographie de Marsha ?
  • Pourquoi le médecin a-t-il ordonné à Marsha de rester à la maison pendant trois mois ?

Sommaire

  • Ces dernières années, les approches traditionnelles de classification des procaryotes ont été complétées par des approches basées sur la génétique moléculaire.
  • Nous séparons le Phylum dans les domaines bactérien et archéen par la composition de la paroi (Gram positif, Gram négatif ou autre), leur pourcentage de G+C, comment ils obtiennent leur énergie et comment ils réagissent à l'oxygène gazeux.
  • Protéobactéries est un phylum de bactéries gram-négatives découvert par Carl Woese dans les années 1980 sur la base d'une homologie de séquence nucléotidique. Les protéobactéries sont en outre classées dans les classes alpha-, bêta-, gamma-, delta- et epsilon-protéobactéries, chaque classe ayant des ordres, des familles, des genres et des espèces distincts.
  • Non-protéobactéries qui sont Gram négatif comprennent des groupes comme les spirochètes et les bactéries photosynthétiques.
  • Actinobactéries sont un groupe de bactéries Gram positives à haute teneur en G+C, y compris Actinomyces et Mycobactérie.
  • Les bactéries Gram positives à faible G+C comprennent de nombreux groupes plus petits tels que Clostridia, Lactobacillales, Bacilli et les bactéries hautement variables Mycoplasme.
  • Bactéries profondément ramifiées sont phylogénétiquement les formes de vie les plus anciennes, étant les plus proches du dernier ancêtre commun universel.
  • Archées sont des micro-organismes procaryotes unicellulaires qui diffèrent des bactéries par leur génétique, leur biochimie et leur écologie.
  • Certaines archées sont des extrêmophiles, vivant dans des environnements avec des températures extrêmement élevées ou basses, ou une salinité extrême.
  • Seules les archées sont connues pour produire du méthane. Les archées productrices de méthane sont appelées méthanogènes.

Notes de bas de page

  1. C.R. Woese. « Évolution bactérienne ». Examen microbiologique 51 non. 2 (1987) : 221–271.
  2. H. Reichenbach. « Myxobactéries, producteurs de nouvelles substances bioactives. » Journal de microbiologie industrielle et biotechnologie 27 non. 3 (2001) : 149-156.
  3. S. Suerbaum, P. Michetti. "Helicobacter pylori infection." Journal de médecine de la Nouvelle-Angleterre 347 n° 15 (2002) : 1175–1186.
  4. A. De los Rios et al. « Caractéristiques ultrastructurales et génétiques des biofilms cyanobactériens endolithiques colonisant les roches granitiques de l'Antarctique ». FEMS Microbiologie Écologie 59 non. 2 (2007):386-395.
  5. J. André. La bioéthique comme pratique. Chapel Hill, Caroline du Nord : University of North Carolina Press, 2002
  6. G. Dietrich et al. "Aceothermus paucivorans, gén. nov., sp. Nov., une bactérie thermophile strictement anaérobie provenant des boues d'épuration, des hexoses de fermentation en acétate, CO2, et H2.” Microbiologie Systématique et Appliquée 10 non. 2 (1988) : 174-179.
  7. E. Blochl et al.“Pyrolobus fumani, gén. et sp. nov., représente un nouveau groupe d'archées, étendant la limite supérieure de température à vie à 113°C. » extrêmophiles 1 (1997):14–21.
  8. R.R. Britt "Cratères de cratère : où les microbes de Mars pourraient se cacher." www.space.com/1880-crater-cri...obes-lurk.html. Consulté le 7 avril 2015.
  9. H. Vreeland et al. "Les analyses d'acides gras et d'AD de la bactérie du Permien isolées d'anciens cristaux de sel révèlent des différences avec leurs parents modernes." extrêmophiles 10 (2006):71–78.

Donateur

  • Nina Parker, (Université Shenandoah), Mark Schneegurt (Wichita State University), Anh-Hue Thi Tu (Georgia Southwestern State University), Philip Lister (Central New Mexico Community College) et Brian M. Forster (Université Saint Joseph) avec de nombreux auteurs contributeurs. Contenu original via Openstax (CC BY 4.0 ; accès gratuit sur https://openstax.org/books/microbiology/pages/1-introduction)


4.2 : Classification des procaryotes et exemples - Biologie

PARTIE II. PIERRES ANGULAIRES : CHIMIE, CELLULES ET MÉTABOLISME

4. Structure et fonction cellulaires

4.8. Cellules procaryotes et eucaryotes revisitées

Maintenant que vous avez une idée de la façon dont les cellules sont construites, nous pouvons examiner la grande diversité des types de cellules qui existent. Vous savez déjà qu'il existe des différences significatives entre les cellules procaryotes et eucaryotes.

Étant donné que les cellules procaryotes (non eucaryotes) et eucaryotes sont si différentes et que les cellules procaryotes apparaissent beaucoup plus tôt dans les archives fossiles, les différences entre les deux types de cellules sont utilisées pour classer les organismes. Ainsi, les biologistes ont classé les organismes en trois grandes catégories, appelées domaines. Le schéma suivant illustre la classification des êtres vivants :

Les bactéries du domaine contiennent la plupart des micro-organismes et peuvent être trouvées dans une grande variété d'environnements. Le domaine Archaea contient de nombreux types de micro-organismes qui présentent des différences biochimiques significatives par rapport aux bactéries. Beaucoup d'Archaea ont des capacités métaboliques spéciales et vivent dans des environnements extrêmes de haute température ou de salinité extrême. Bien que seulement quelques milliers de bactéries et seulement environ 200 archées aient été décrites, des études récentes sur l'ADN de l'eau de mer et du sol suggèrent qu'il existe des millions d'espèces non décrites. Selon toute vraisemblance, ces organismes non caryotes sont de loin plus nombreux que toutes les espèces d'organismes eucaryotes réunies. Tous les autres êtres vivants sont constitués de cellules eucaryotes.

Structure cellulaire procaryote

Les cellules procaryotes, les bactéries et les archées, n'ont pas de noyau typique lié par une membrane nucléaire, ni ne contiennent de mitochondries, de chloroplastes, de Golgi ou de vastes réseaux de réticules endoplasmiques. Cependant, les cellules procaryotes contiennent de l'ADN et des enzymes et sont capables de se reproduire et de s'engager dans le métabolisme. Ils remplissent toutes les fonctions de base des êtres vivants avec des organites moins nombreux et plus simples. Bien que certaines eubactéries aient un type de pigment photosynthétique vert et effectuent la photosynthèse, elles le font sans chloroplastes et utilisent des réactions chimiques quelque peu différentes.

La plupart des bactéries sont entourées d'une capsule, ou couche visqueuse, composée d'une variété de composés. Chez certaines bactéries, cette couche est responsable de leur capacité à adhérer aux surfaces, à former des biofilms (par exemple, le film de bactéries sur les dents) et à résister à la phagocytose. De nombreuses bactéries ont également des fimbriae, des structures protéiques ressemblant à des cheveux, qui aident la cellule à se coller aux objets. Ceux qui ont des flagelles sont capables de se propulser dans l'environnement. Sous la capsule se trouve la paroi cellulaire rigide, composée d'un complexe unique protéine/hydrate de carbone appelé peptidoglycane. Cela donne à la cellule la force de résister aux changements de pression osmotique et lui donne une forme. Juste en dessous de la paroi se trouve la membrane plasmique. Plus fine et de composition chimique légèrement différente de celle des eucaryotes, la membrane plasmique remplit les mêmes fonctions que la membrane plasmique des eucaryotes. La plupart des bactéries sont soit en forme de bâtonnet (bacilles), sphériques (cocci), en forme de tire-bouchon (spirille) ou en forme de virgule (vibrion). Le matériel génétique dans le cytoplasme est de l'ADN sous la forme d'une boucle.

Les archées partagent de nombreuses caractéristiques avec les bactéries. Beaucoup ont une forme de tige ou sphérique, bien que certains soient carrés ou triangulaires. Certains ont des flagelles et des parois cellulaires, mais les parois cellulaires sont faites d'un matériau différent de celui des bactéries.

Une différence significative entre les cellules des bactéries et des archées réside dans la composition chimique de leurs ribosomes. Les ribosomes des bactéries contiennent des protéines différentes de celles trouvées dans les cellules d'Eucarya ou d'Archaea. Les ribosomes bactériens sont également plus petits. Cette découverte était importante pour la médecine, car de nombreuses formes de vie cellulaire qui causent des maladies courantes sont bactériennes. Dès que des différences dans les ribosomes ont été notées, les chercheurs ont commencé à chercher des moyens d'interférer avec la fonction du ribosome bactérien, mais sans interférer avec les ribosomes des cellules eucaryotes. Les antibiotiques, tels que la streptomycine, sont le résultat de cette recherche. Ce médicament se combine avec les ribosomes bactériens et provoque la mort des bactéries car il empêche la production des protéines essentielles à la survie des bactéries. Étant donné que les ribosomes eucaryotes diffèrent des ribosomes bactériens, la streptomycine n'interfère pas avec la fonction normale des ribosomes dans les cellules humaines.

Structure cellulaire eucaryote

Les cellules eucaryotes contiennent un véritable noyau et la plupart des organites membraneux décrits précédemment. Les organismes eucaryotes peuvent être divisés en plusieurs catégories, en fonction de la combinaison spécifique d'organites qu'ils contiennent. Les cellules des plantes, des champignons, des protozoaires, des algues et des animaux sont toutes eucaryotes. La caractéristique la plus évidente qui distingue les plantes et les algues des autres organismes est leur couleur verte, qui indique que les cellules contiennent de la chlorophylle dans les chloroplastes. La chlorophylle est nécessaire à la photosynthèse, c'est-à-dire la conversion de l'énergie lumineuse en énergie de liaison chimique dans les molécules alimentaires. Une autre caractéristique distinctive des cellules végétales et algales est que leurs parois cellulaires sont constituées de cellulose (tableau 4.2).

Les champignons sont un groupe distinct d'organismes qui manquent de chloroplastes mais qui ont une paroi cellulaire. Cependant, la paroi cellulaire est constituée d'un polysaccharide, appelé chitine, plutôt que de cellulose. Les organismes qui appartiennent à cette catégorie de cellules eucaryotes comprennent les levures, les moisissures, les champignons et les champignons qui causent des maladies humaines telles que le pied d'athlète, la pourriture de la jungle et la teigne.

Les organismes eucaryotes dépourvus de parois cellulaires et de chloroplastes sont placés dans des groupes séparés. Les organismes constitués d'une seule cellule sont appelés protozoaires, par exemple les amibes et les paramécies. Ils possèdent tous les organites cellulaires décrits dans ce chapitre à l'exception du chloroplaste. Par conséquent, les protozoaires doivent consommer de la nourriture, tout comme les champignons et les animaux multicellulaires.

TABLEAU 4.2. Comparaison de différents types de cellules

Remarque : Les virus ne sont pas inclus dans ce système de classification, car les virus ne sont pas composés des composants structurels cellulaires de base. Ils sont composés d'un noyau d'acide nucléique (ADN ou ARN, jamais les deux) et d'une enveloppe environnante, ou capside, composée de protéines. Pour cette raison, les virus sont appelés acellulaires ou non cellulaires.

La cellule, l'unité de base de la vie

Bien que les différences entre ces groupes d'organismes puissent sembler les différencier, leur similitude dans la structure cellulaire est l'un des thèmes centraux unifiant le domaine de la biologie. On peut mieux comprendre le fonctionnement des cellules en général en étudiant des exemples précis. Étant donné que les organites ont la même structure générale et la même fonction, quel que soit le type de cellule dans laquelle ils se trouvent, nous pouvons en apprendre davantage sur le fonctionnement des mitochondries chez les plantes en étudiant le fonctionnement des mitochondries chez les animaux. Il existe un point commun entre tous les êtres vivants en ce qui concerne leur structure cellulaire et leur fonction. Le fait que tous les organismes eucaryotes aient les mêmes structures cellulaires est une preuve solide qu'ils ont tous évolué à partir d'un ancêtre commun.

17. Citez cinq différences de structure entre les cellules procaryotes et eucaryotes.

18. Quels types d'organismes ont une structure cellulaire procaryote ?

Le concept de la cellule s'est développé au fil des années. Initialement, seules deux régions, le cytoplasme et le noyau, ont pu être identifiées. À l'heure actuelle, de nombreux organites sont reconnus comme des composants essentiels des types de cellules non caryotes et eucaryotes. La structure et la fonction de certains de ces organites sont comparées dans le tableau 4.3. Ce tableau indique également si l'organite est unique aux cellules non caryotes ou eucaryotes ou se trouve dans les deux.

La cellule est l'unité commune de la vie. Les cellules individuelles et leurs structures sont étudiées pour découvrir comment elles fonctionnent en tant qu'organismes vivants individuels et en tant que parties d'êtres multicellulaires. Savoir comment les organismes procaryotes et eucaryotes se ressemblent et diffèrent les uns des autres aide les médecins à contrôler certains organismes dangereux pour l'homme.

Les matériaux entrent ou sortent des cellules de plusieurs manières. Ceux-ci incluent la diffusion et l'osmose, qui impliquent le mouvement net des molécules d'une zone de concentration élevée à faible. De plus, il existe plusieurs processus qui impliquent des activités de la part de la cellule pour déplacer des objets à travers la membrane. Ceux-ci incluent la diffusion facilitée, qui utilise des molécules porteuses pour diffuser à travers la membrane, le transport actif, qui utilise l'énergie de la cellule pour déplacer les matériaux de faible à forte concentration et l'endocytose et l'exocytose, dans lesquelles des paquets enfermés dans la membrane sont formés.

TABLEAU 4.3. Résumé de la structure et de la fonction des organites cellulaires


Coopération entre bactéries et eucaryotes : fixation de l'azote

L'azote est un élément très important pour les êtres vivants, car il fait partie des nucléotides et des acides aminés qui sont respectivement les éléments constitutifs des acides nucléiques et des protéines. L'azote est généralement l'élément le plus limitant dans les écosystèmes terrestres, avec l'azote atmosphérique, N2, fournissant la plus grande réserve d'azote disponible. Cependant, les eucaryotes ne peuvent pas utiliser l'azote gazeux atmosphérique pour synthétiser des macromolécules. Heureusement, l'azote peut être « fixe », ce qui signifie qu'il est converti en une forme plus accessible : l'ammoniac (NH3) - soit biologiquement, soit abiotiquement.

La fixation abiotique de l'azote résulte de processus physiques tels que la foudre ou de processus industriels. La fixation biologique de l'azote (BNF) est exclusivement réalisée par les procaryotes : bactéries du sol, cyanobactéries et Frankia spp. (bactéries filamenteuses interagissant avec les plantes actinorhiziennes telles que l'aulne, le bayberry et la fougère douce). Après la photosynthèse, le BNF est le processus biologique le plus important sur Terre. L'équation globale de fixation de l'azote ci-dessous représente une série de Réactions redox (Pi signifie phosphate inorganique).

L'azote fixé total à travers le BNF est d'environ 100 à 180 millions de tonnes métriques par an, ce qui représente environ 65 pour cent de l'azote utilisé dans l'agriculture.

Les cyanobactéries sont les fixateurs d'azote les plus importants dans les milieux aquatiques. Dans le sol, les membres des genres Clostridium et Azotobacter sont des exemples de bactéries libres fixatrices d'azote. D'autres bactéries vivent en symbiose avec les légumineuses, fournissant la source la plus importante d'azote fixe. Les symbiotes peuvent fixer plus d'azote dans les sols que les organismes libres d'un facteur 10. Les bactéries du sol, collectivement appelées rhizobiums, sont capables d'interagir en symbiose avec les légumineuses pour former des nodules, des structures spécialisées où se produit la fixation de l'azote (Figure 1). Nitrogénase, l'enzyme qui fixe l'azote, est inactivée par l'oxygène, de sorte que le nodule fournit une zone sans oxygène pour la fixation de l'azote. L'oxygène est séquestré par une forme d'hémoglobine végétale appelée léghémoglobine, qui protège le nitrogénase, mais libère suffisamment d'oxygène pour soutenir l'activité respiratoire.

La fixation symbiotique de l'azote fournit un engrais végétal naturel et peu coûteux : il réduit l'azote atmosphérique en ammoniac, facilement utilisable par les plantes. L'utilisation de légumineuses est une excellente alternative à la fertilisation chimique et présente un intérêt particulier pour agriculture durable, qui cherche à minimiser l'utilisation de produits chimiques et à préserver les ressources naturelles. Grâce à la fixation symbiotique de l'azote, la plante bénéficie de l'utilisation d'une source inépuisable d'azote : l'atmosphère. Les bactéries bénéficient de l'utilisation de la photosynthèse (glucides produits lors de la photosynthèse) de la plante et d'une niche protégée. De plus, le sol bénéficie d'une fertilisation naturelle. Par conséquent, l'utilisation des rhizobiums comme biofertilisants est une pratique durable.

Pourquoi les légumineuses sont-elles si importantes ? Certains, comme le soja, sont des sources clés de protéines agricoles. Certaines des légumineuses les plus importantes consommées par les humains sont le soja, les arachides, les pois, les pois chiches et les haricots. D'autres légumineuses, comme la luzerne, sont utilisées pour nourrir le bétail.

Figure 1: Nodules de fixation d'azote sur les racines de soja. Le soja (Glycine max) est une légumineuse qui interagit en symbiose avec la bactérie du sol Bradyrhizobium japonicum pour former des structures spécialisées sur les racines appelées nodules où se produit la fixation de l'azote. (crédit : USDA)

OCR A-level Biologie A Module 4.2.2 RÉVISION (Classification et évolution)

Professeur de sciences de formation, je suis également connu pour enseigner les mathématiques et l'éducation physique ! Cependant, aussi étrange que cela puisse paraître, mon véritable amour est de concevoir des ressources qui peuvent être utilisées par d'autres enseignants pour maximiser l'expérience des élèves. Je réfléchis constamment à de nouvelles façons d'impliquer un élève dans un sujet et j'essaie de l'implémenter dans la conception des leçons.

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Cette ressource de révision a été conçue dans le simple but de motiver les étudiants pendant qu'ils évaluent leur compréhension du contenu du module 4.2.2 (Classification et évolution) de la spécification OCR A-level Biology A. Ce module est souvent balayé par les étudiants ce qui conduit à des idées fausses et donc du temps a été pris pour expliquer les concepts importants afin que les points clés soient rappelés et retenus. La ressource comprend un Powerpoint détaillé et attrayant (85 diapositives) et des feuilles de travail associées, dont certaines sont différenciées pour permettre aux étudiants de capacités différentes d'accéder au travail.

La gamme d'activités a été conçue pour couvrir autant de contenu que possible, mais les sous-thèmes suivants ont fait l'objet d'une attention particulière :

  • La classification biologique d'une espèce
  • Hiérarchie de classification
  • La classification en trois domaines et cinq royaumes
  • Les caractéristiques des cinq royaumes
  • Arbres phylogénétiques
  • Adaptations anatomiques, physiologiques et comportementales
  • Calcul de l'écart type
  • Variation continue et discontinue

En plus de ces sujets, certains sujets d'autres modules tels que la division cellulaire et les cellules procaryotes sont testés afin de challenger les étudiants sur leur capacité à faire des liens entre les modules. La gamme d'activités comprend des questions d'examen et des vérifications de compréhension ainsi que des concours de quiz pour maintenir l'engagement des étudiants.

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Un bundle est un ensemble de ressources regroupées pour enseigner un sujet particulier, ou une série de leçons, en un seul endroit.

OCR A-Level Biologie UNE LEÇONS DE RÉVISION

Chacune des 20 leçons de révision incluses dans cet ensemble a été conçue pour motiver et engager les étudiants pendant qu'ils sont mis au défi sur leur connaissance du contenu de la spécification OCR A-Level Biology A. Les PowerPoints détaillés contiennent un large éventail d'activités qui incluent des questions d'examen avec des réponses expliquées, des tâches différenciées et des concours de quiz qui sont pris en charge par les feuilles de travail d'accompagnement. Les modules couverts dans ce bundle sont : Module 2.1.1 : Structure cellulaire Module 2.1.2 : Molécules biologiques Module 2.1.3 : Nucléotides et acides nucléiques Module 2.1.4 : Enzymes Module 2.1.5 : Membranes biologiques Module 2.1.6 : Cellule division cellulaire, diversité cellulaire et organisation cellulaire Module 3.1.2 : Transport chez les animaux Module 3.1.3 : Transport chez les plantes Module 4.1.1 : Maladies transmissibles, prévention des maladies et système immunitaire Module 4.2.1 : Biodiversité Module 4.2.2 : Classification et evolution Module 5.1.2 : L'excrétion comme exemple de contrôle homéostatique Module 5.1.3 : Communication neuronale Module 5.1.4 : Communication hormonale Module 5.1.5 : Réponses végétales et animales Module 5.2.1 : Photosynthèse Module 5.2.2 : Respiration Module 6.1 .1 : Contrôle cellulaire Module 6.1.2 : Modèles d'hérédité Module 6.1.3 : Manipulation des génomes Des conseils utiles sont fournis tout au long des leçons pour aider les étudiants dans la technique de l'examen et dans la structuration de leurs réponses. Ces leçons peuvent être utilisées tout au long du cours et peuvent être utilisées à des fins de révision à la fin d'un module ou avant les examens simulés ou les examens A LEVEL.

OCR A-level Biologie A COMME LEÇONS DE RÉVISION

Chacune des 11 leçons de révision qui se trouvent dans cet ensemble a été écrite pour inclure une gamme d'activités qui motiveront les étudiants tout en évaluant leur compréhension du contenu des modules AS de la spécification OCR A-level Biology A. Les modules suivants sont abordés : 2.1.1 : Structure cellulaire 2.1.2 : Molécules biologiques 2.1.3 : Acides nucléiques 2.1.4 : Enzymes 2.1.5 : Membranes biologiques 2.1.6 : Division cellulaire, diversité cellulaire et organisation cellulaire 3.1.2 : Transport chez les animaux 3.1.3 : Transport chez les végétaux 4.1.1 : Maladies transmissibles 4.2.1 : Biodiversité 4.2.2 : Classification et évolution

OCR A-Level Biologie A Module 4 LEÇONS DE RÉVISION

Cet ensemble de 4 leçons de révision a été conçu pour fournir aux étudiants de nombreuses opportunités d'évaluer leur compréhension des sujets trouvés dans le module 4 de la spécification OCR A-level Biology A. L'ensemble comprend des leçons qui couvrent les trois sous-modules 4.1.1 (Maladies transmissibles), 4.2.1 (Biodiversité) et 4.2.2 (Classification et évolution) ainsi qu'une leçon couvrant l'ensemble du module 4 (Biodiversité, évolution et maladie ). Comme ce module est souvent enseigné vers la fin de l'année AS, il ne reçoit pas toujours le temps que les autres modules font. Dans cet esprit, chacune des leçons a été écrite pour inclure un large éventail d'activités qui permettent de couvrir les détails importants et d'éliminer les idées fausses.


114 procaryotes bénéfiques

À la fin de cette section, vous serez en mesure d'effectuer les opérations suivantes :

  • Expliquer la nécessité de la fixation de l'azote et comment elle est accomplie
  • Décrire les effets bénéfiques des bactéries qui colonisent notre peau et notre tube digestif
  • Identifier les procaryotes utilisés lors de la transformation des aliments
  • Décrire l'utilisation des procaryotes dans la bioremédiation

Heureusement, seules quelques espèces de procaryotes sont pathogènes ! Les procaryotes interagissent également avec les humains et d'autres organismes de plusieurs manières qui sont bénéfiques. Par exemple, les procaryotes sont des participants majeurs aux cycles du carbone et de l'azote. Ils produisent ou transforment des nutriments dans le tube digestif des humains et d'autres animaux. Les procaryotes sont utilisés dans la production de certains aliments humains et ont également été recrutés pour la dégradation de matières dangereuses. En fait, notre vie ne serait pas possible sans les procaryotes !

Coopération entre bactéries et eucaryotes : fixation de l'azote

L'azote est un élément très important pour les êtres vivants, car il fait partie des nucléotides et des acides aminés qui sont respectivement les éléments constitutifs des acides nucléiques et des protéines. L'azote est généralement l'élément le plus limitant dans les écosystèmes terrestres, avec l'azote atmosphérique, N2, fournissant la plus grande réserve d'azote disponible. Cependant, les eucaryotes ne peuvent pas utiliser l'azote gazeux atmosphérique pour synthétiser des macromolécules. Heureusement, l'azote peut être « fixe », ce qui signifie qu'il est converti en une forme plus accessible : l'ammoniac (NH3) - soit biologiquement, soit abiotiquement.

La fixation abiotique de l'azote résulte de processus physiques tels que la foudre ou de processus industriels. La fixation biologique de l'azote (BNF) est exclusivement réalisée par les procaryotes : bactéries du sol, cyanobactéries et Frankia spp. (bactéries filamenteuses interagissant avec les plantes actinorhiziennes telles que l'aulne, le bayberry et la fougère douce). Après la photosynthèse, le BNF est le processus biologique le plus important sur Terre. L'équation globale de fixation de l'azote ci-dessous représente une série de Réactions redox (Pi signifie phosphate inorganique).

L'azote fixé total à travers le BNF est d'environ 100 à 180 millions de tonnes métriques par an, ce qui représente environ 65 pour cent de l'azote utilisé dans l'agriculture.

Les cyanobactéries sont les fixateurs d'azote les plus importants dans les milieux aquatiques. Dans le sol, les membres des genres Clostridium et Azotobacter sont des exemples de bactéries libres fixatrices d'azote. D'autres bactéries vivent en symbiose avec les légumineuses, fournissant la source la plus importante d'azote fixe. Les symbiotes peuvent fixer plus d'azote dans les sols que les organismes libres d'un facteur 10. Les bactéries du sol, collectivement appelées rhizobiums, sont capables d'interagir en symbiose avec les légumineuses pour former des nodules, des structures spécialisées où se produit la fixation de l'azote ((Figure)). Nitrogénase, l'enzyme qui fixe l'azote, est inactivée par l'oxygène, de sorte que le nodule fournit une zone sans oxygène pour la fixation de l'azote. L'oxygène est séquestré par une forme d'hémoglobine végétale appelée léghémoglobine, qui protège le nitrogénase, mais libère suffisamment d'oxygène pour soutenir l'activité respiratoire.

La fixation symbiotique de l'azote fournit un engrais végétal naturel et peu coûteux : il réduit l'azote atmosphérique en ammoniac, facilement utilisable par les plantes. L'utilisation de légumineuses est une excellente alternative à la fertilisation chimique et présente un intérêt particulier pour agriculture durable, qui cherche à minimiser l'utilisation de produits chimiques et à préserver les ressources naturelles. Grâce à la fixation symbiotique de l'azote, la plante bénéficie de l'utilisation d'une source inépuisable d'azote : l'atmosphère. Les bactéries bénéficient de l'utilisation de la photosynthèse (glucides produits lors de la photosynthèse) de la plante et d'une niche protégée. De plus, le sol bénéficie d'une fertilisation naturelle. Par conséquent, l'utilisation des rhizobiums comme biofertilisants est une pratique durable.

Pourquoi les légumineuses sont-elles si importantes ? Certains, comme le soja, sont des sources clés de protéines agricoles. Certaines des légumineuses les plus importantes consommées par les humains sont le soja, les arachides, les pois, les pois chiches et les haricots. D'autres légumineuses, comme la luzerne, sont utilisées pour nourrir le bétail.

Les bactéries commensales qui habitent notre peau et notre tractus gastro-intestinal font une foule de bonnes choses pour nous. Ils nous protègent des agents pathogènes, nous aident à digérer nos aliments et produisent certaines de nos vitamines et autres nutriments. Ces activités sont connues depuis longtemps. Plus récemment, les scientifiques ont rassemblé des preuves que ces bactéries peuvent également aider à réguler notre humeur, influencer nos niveaux d'activité et même aider à contrôler le poids en affectant nos choix alimentaires et nos modes d'absorption. Le Human Microbiome Project a commencé le processus de catalogage de nos bactéries normales (et archées) afin que nous puissions mieux comprendre ces fonctions.

Un exemple particulièrement fascinant de notre flore normale concerne notre système digestif. Les personnes qui prennent des doses élevées d'antibiotiques ont tendance à perdre beaucoup de leurs bactéries intestinales normales, permettant à une espèce naturellement résistante aux antibiotiques appelée Clostridium difficile proliférer et causer de graves problèmes gastriques, en particulier une diarrhée chronique ((Figure)). Évidemment, essayer de traiter ce problème avec des antibiotiques ne fait qu'empirer les choses. Cependant, il a été traité avec succès en donnant aux patients des greffes fécales de donneurs sains pour rétablir la communauté microbienne intestinale normale. Des essais cliniques sont en cours pour assurer l'innocuité et l'efficacité de cette technique.

Les scientifiques découvrent également que l'absence de certains microbes clés de notre tractus intestinal peut nous exposer à divers problèmes. Cela semble être particulièrement vrai en ce qui concerne le bon fonctionnement du système immunitaire. Il y a des découvertes intrigantes qui suggèrent que l'absence de ces microbes est un contributeur important au développement d'allergies et de certains troubles auto-immuns. Des recherches sont actuellement en cours pour tester si l'ajout de certains microbes à notre écosystème interne peut aider dans le traitement de ces problèmes, ainsi que dans le traitement de certaines formes d'autisme.

Les premières biotechnologies : fromage, pain, vin, bière et yaourt

Selon la Convention des Nations Unies sur la diversité biologique, la biotechnologie est « toute application technologique qui utilise des systèmes biologiques, des organismes vivants ou des dérivés de ceux-ci, pour fabriquer ou modifier des produits ou des procédés à usage spécifique.” 1 Le concept d'« usage spécifique » implique une sorte d'application commerciale. Le génie génétique, la sélection artificielle, la production d'antibiotiques et la culture cellulaire sont des sujets d'étude actuels en biotechnologie et seront décrits dans les chapitres suivants. Cependant, les humains utilisaient des procaryotes avant même que le terme biotechnologie ne soit inventé. Certains des produits de cette première biotechnologie sont aussi familiers que le fromage, le pain, le vin, la bière et le yaourt, qui emploient à la fois des bactéries et d'autres microbes, comme la levure, un champignon ((Figure)).

La production de fromage a commencé il y a environ 4 000 à 7 000 ans, lorsque les humains ont commencé à élever des animaux et à transformer leur lait. La fermentation dans ce cas préserve les nutriments : le lait se gâtera relativement rapidement, mais lorsqu'il est transformé en fromage, il est plus stable. Quant à la bière, les plus anciennes traces de brassage datent d'environ 6 000 ans et faisaient partie intégrante de la culture sumérienne. Les preuves indiquent que les Sumériens ont découvert la fermentation par hasard. Le vin est produit depuis environ 4 500 ans, et les preuves suggèrent que les produits laitiers cultivés, comme le yaourt, existent depuis au moins 4 000 ans.

Utiliser les procaryotes pour nettoyer notre planète : la bioremédiation

La bioremédiation microbienne consiste à utiliser des procaryotes (ou métabolisme microbien) pour éliminer les polluants. La biorestauration a été utilisée pour éliminer les produits chimiques agricoles (par exemple, les pesticides, les engrais) qui s'infiltrent du sol dans les eaux souterraines et le sous-sol. Certains métaux et oxydes toxiques, comme le sélénium et les composés d'arsenic, peuvent également être éliminés de l'eau par biorestauration. La réduction du SeO4 -2 à SeO3 -2 et à Se 0 (sélénium métallique) est une méthode utilisée pour éliminer les ions sélénium de l'eau. Le mercure (Hg) est un exemple de métal toxique qui peut être éliminé d'un environnement par biorestauration. En tant qu'ingrédient actif de certains pesticides, le mercure est utilisé dans l'industrie et est également un sous-produit de certains processus, tels que la production de piles. Le méthylmercure est généralement présent à de très faibles concentrations dans les milieux naturels, mais il est très toxique car il s'accumule dans les tissus vivants. Plusieurs espèces de bactéries peuvent effectuer la biotransformation du mercure toxique en des formes non toxiques. Ces bactéries, telles que Pseudomonas aeruginosa, peut convertir Hg +2 en Hg 0 , qui n'est pas toxique pour l'homme.

L'un des exemples les plus utiles et intéressants de l'utilisation des procaryotes à des fins de biorestauration est le nettoyage des déversements de pétrole. L'importance des procaryotes pour la bioremédiation pétrolière a été démontrée dans plusieurs marées noires ces dernières années, telles que la marée noire de l'Exxon Valdez en Alaska (1989) ((Figure)), la marée noire du Prestige en Espagne (2002), la marée noire en Méditerranée d'une centrale électrique au Liban (2006), et plus récemment, la marée noire de BP dans le golfe du Mexique (2010). Dans le cas des déversements de pétrole dans l'océan, une biorestauration naturelle continue a tendance à se produire, car il y a des bactéries consommatrices de pétrole dans l'océan avant le déversement. En plus de ces bactéries naturelles qui dégradent le pétrole, les humains sélectionnent et fabriquent des bactéries qui possèdent la même capacité avec une efficacité accrue et un spectre de composés d'hydrocarbures pouvant être traités. La bioremédiation est renforcée par l'ajout de nutriments inorganiques qui aident les bactéries à se développer.

Certaines bactéries dégradant les hydrocarbures se nourrissent d'hydrocarbures dans la gouttelette d'huile, décomposant les hydrocarbures en sous-unités plus petites. Certaines espèces, telles que Alcanivorax borkumensis, produisent des tensioactifs qui solubiliser l'huile (la rendant soluble dans l'eau), tandis que d'autres bactéries dégradent l'huile en dioxyde de carbone. Dans des conditions idéales, il a été rapporté que jusqu'à 80 pour cent des composants non volatils du pétrole peuvent être dégradés dans l'année suivant le déversement. D'autres fractions pétrolières contenant des chaînes hydrocarbonées aromatiques et fortement ramifiées sont plus difficiles à éliminer et restent dans l'environnement pendant de plus longues périodes.

Résumé de la section

Les agents pathogènes ne représentent qu'un faible pourcentage de tous les procaryotes. En fait, les procaryotes fournissent des services essentiels aux humains et aux autres organismes. L'azote, qui n'est pas utilisable par les eucaryotes sous sa forme atmosphérique abondante, peut être «fixé» ou converti en ammoniac (NH3) soit biologiquement, soit abiotiquement. La fixation biologique de l'azote (BNF) est exclusivement réalisée par les procaryotes, et constitue le deuxième processus biologique le plus important sur Terre. Bien qu'une partie de l'azote terrestre soit fixée par des bactéries libres, la plupart des BNF proviennent de l'interaction symbiotique entre les rhizobiums du sol et les racines des légumineuses.

La vie humaine n'est possible que grâce à l'action des microbes, à la fois ceux de l'environnement et les espèces qui nous habitent. En interne, ils nous aident à digérer nos aliments, à produire des nutriments essentiels pour nous, à nous protéger des microbes pathogènes et à entraîner notre système immunitaire à fonctionner correctement.

La bioremédiation microbienne est l'utilisation du métabolisme microbien pour éliminer les polluants. La biorestauration a été utilisée pour éliminer les produits chimiques agricoles qui s'infiltrent du sol dans les eaux souterraines et le sous-sol. Les métaux et oxydes toxiques, tels que les composés de sélénium et d'arsenic, peuvent également être éliminés par biorestauration. L'un des exemples les plus utiles et intéressants de l'utilisation des procaryotes à des fins de biorestauration est probablement le nettoyage des déversements de pétrole.

Questions de révision

Lequel de ces phénomènes se produit par fixation symbiotique de l'azote ?

  1. La plante bénéficie de l'utilisation d'une source inépuisable d'azote.
  2. Le sol gagne à être fertilisé naturellement.
  3. Les bactéries tirent profit de l'utilisation de la photosynthèse de la plante.
  4. Tout ce qui précède se produit.

Les composés synthétiques trouvés dans un organisme mais qui ne sont pas normalement produits ou ne devraient pas être présents dans cet organisme sont appelés _____.

La biorestauration comprend _____.

  1. l'utilisation de procaryotes capables de fixer l'azote
  2. l'utilisation de procaryotes pour nettoyer les polluants
  3. l'utilisation de procaryotes comme engrais naturels
  4. Tout ce qui précède

En plus de fournir au yogourt sa saveur et sa texture uniques, les bactéries productrices d'acide lactique offrent également quel avantage supplémentaire pendant la production alimentaire ?

  1. Fournir des xénobiotiques
  2. Abaisser le pH pour tuer les bactéries pathogènes
  3. Pasteurisation des produits laitiers
  4. Dégrader le lactose pour les personnes intolérantes au lactose

Questions de pensée critique

Votre ami pense que les procaryotes sont toujours nuisibles et pathogènes. Comment leur expliqueriez-vous qu'ils ont tort ?

Leur rappeler le rôle important que jouent les procaryotes dans la décomposition et la libération des nutriments dans les cycles biogéochimiques leur rappeler les nombreux procaryotes qui ne sont pas des agents pathogènes humains et qui occupent des niches très spécialisées. De plus, nos symbiotes bactériens normaux sont cruciaux pour notre digestion et pour nous protéger des agents pathogènes.

De nombreuses personnes utilisent du savon antimicrobien pour tuer les bactéries sur leurs mains. Cependant, une utilisation excessive peut en fait augmenter le risque d'infection. Comment cela a-t-il pu se produire ?

Le savon tue sans discernement les bactéries sur la peau. Cela tue les bactéries nocives, mais peut aussi éliminer les « bonnes » bactéries de la peau. Lorsque les bactéries non pathogènes sont éliminées, des bactéries pathogènes peuvent coloniser la surface vide.

Notes de bas de page

Glossaire


Caractéristiques des procaryotes

Les procaryotes ont une paroi cellulaire semi-rigide et une membrane flexible qui renferme leur cytoplasme, le milieu qui soutient les processus de la vie. Ils contiennent une ou plusieurs boucles d'ADN dans le cytoplasme et les régions productrices de protéines appelées ribosomes. Ils peuvent avoir des membranes internes rudimentaires, mais l'environnement à l'intérieur de la cellule est essentiellement uniforme.C'est-à-dire que le cytoplasme contient un certain niveau de salinité, de pH et de distribution chimique, et tous les processus de la cellule se produisent dans cet environnement.


4.2 : Classification des procaryotes et exemples - Biologie

Introduction aux procaryotes
Les procaryotes sont généralement des organismes unicellulaires, ils existent depuis des milliards d'années et peuvent être trouvés dans l'air, l'eau et le sol. Certains peuvent provoquer des maladies graves. Ils peuvent prospérer dans des habitats qui ne conviennent pas aux eucaryotes et ndashChaleur extrême, froid, acidité, salinité. Les procaryotes ont une membrane plasmique entourant la cellule mais pas d'organites liées à la membrane telles que les mitochondries, le noyau ou les corps de Golgi.

Paroi cellulaire bactérienne
La paroi cellulaire des bactéries est une structure en couches qui entoure le protoplasme de la cellule pour protéger les cellules de l'environnement. La membrane cellulaire bicouche lipidique de la plupart des bactéries Gram-positives est recouverte d'une couche poreuse de peptidoglycane qui n'exclut pas la plupart des agents antimicrobiens. Les bactéries à Gram négatif sont entourées de deux membranes. La membrane externe fonctionne comme une barrière de perméabilité efficace car elle contient des lipopolysaccharides et des protéines. La paroi cellulaire des bactéries est composée d'un peptidoglycane unique (un polymère de disaccharide réticulé avec des acides aminés) appelé Murein. Sa structure de base est un squelette glucidique d'unités alternées de N-acétyl glucosamine et d'acide N-acétyl muramique. Les bactéries dépourvues de paroi cellulaire sont appelées mycoplasmes, qui habitent généralement des environnements protégés osmotiquement et ont des composés de type stérol dans leurs membranes.

Organelles et inclusions
Le cytoplasme contient des chromosomes et des ribosomes. Un chromosome est généralement une molécule d'ADN circulaire. Les enzymes sont attachées à la membrane plasmique. Souvent, des granules distincts se trouvent dans le cytoplasme pour le stockage des graisses, du glycogène et des enzymes. Les ribosomes sont les seuls organites cytoplasmiques chez les procaryotes.

Mobilité , Réponse aux stimuli et Reproduction
Les bactéries ont des anneaux rotatifs qui lui donnent un mouvement d'hélice pour permettre de se déplacer dans différents environnements. Certaines bactéries ont des structures semblables à des poils courts pour aider les bactéries à adhérer les unes aux autres et aux surfaces. Des pilules spéciales sont impliquées dans la reproduction bactérienne &ndash Sex Pilli.

Les procaryotes ont la capacité de se déplacer vers des stimuli environnementaux. Ils peuvent également réagir à la lumière, à l'oxygène et aux aimants. Les procaryotes se reproduisent de manière asexuée par fission binaire ou sexuellement par conjugaison.

Classification des procaryotes
La classification peut être basée sur les besoins en oxygène, la nutrition, la capacité photosynthétique, la capacité chimiosynthétique, l'alimentation en matière organique, la coloration et la forme. Sur la base de la nutrition, les bactéries peuvent être classées en bactéries hétérotrophes, chimiosynthétiques et photosynthétiques. Les archées sont également appelées archaebactéries, elles sont plus étroitement liées aux eucaryotes qu'aux procaryotes. Dans un système tridimensionnel, il contient des archées, des bactéries et des eucaryotes.

Protistes
Les protistes sont tous des eucaryotes et ont donc tous des organites cellulaires, la plupart d'entre eux sont unicellulaires mais une forme multicellulaire existe. Les protistes contiennent trois groupes : les algues, les moisissures visqueuses (champignons) et les protozoaires. Les algues comprennent trois groupes : les algues rouges, les algues brunes et les algues vertes. Les protozoaires ont des vacuoles contractiles qui collectent l'excès d'eau et la pompent à l'extérieur du corps cellulaire. L'amibe est un protozoaire typique. Les protozoaires peuvent se reproduire par voie sexuée et asexuée. Ils peuvent former des kystes dans des conditions difficiles.

Les procaryotes sont généralement des organismes unicellulaires. Ils ont une membrane plasmique entourant la cellule mais pas d'organites liées à la membrane telles que les mitochondries, le noyau ou les corps de Golgi. Leur seul organite cytoplasmique est le ribosome, les enzymes du métabolisme sont attachées à la membrane plasmique qui entoure la cellule. Les bactéries ont des parois cellulaires pour les protéger de l'environnement. Ils ont des anneaux rotatifs qui lui donnent des mouvements d'hélice pour permettre de se déplacer dans différents environnements. Certaines bactéries ont des structures semblables à des poils courts pour aider les bactéries à adhérer les unes aux autres et aux surfaces. La classification des bactéries peut être basée sur les besoins en oxygène, la nutrition, la capacité photosynthétique, la capacité chimiosynthétique, l'alimentation en matière organique, la coloration et la forme. Les protistes sont tous des eucaryotes et ont donc tous des organites cellulaires, la plupart d'entre eux sont unicellulaires mais une forme multicellulaire existe. Les protistes contiennent trois groupes : les algues, les moisissures visqueuses (champignons) et les protozoaires. Les protozoaires peuvent se reproduire par voie sexuée et asexuée. Ils peuvent former des kystes dans des conditions difficiles.

  • Zones de texte colorées pour une démonstration explicite des concepts
  • Dessin et graphiques élégants pour une explication et une classification vivantes
  • Présentation schématique pour une compréhension facile
  • L'organigramme et les tableaux sont utilisés pour le résumé
  • Importance de la paroi cellulaire
  • Paroi cellulaire des bactéries à Gram positif et négatif
  • Composition chimique
  • Biopolymère
  • Mycoplasme

Inclusions et organelles

  • Cytoplasme des procaryotes
  • Emplacement des enzymes
  • Organelles d'inclusion
  • Ribosomes

Classification des bactéries

  • Besoins en oxygène
  • Nutrition
  • Capacité photosynthétique
  • Capacité chimiosynthétique
  • Alimentation en matière organique
  • coloration
  • Forme
  • Caractéristiques
  • Caractéristiques
  • Évolution des protistes
  • Hétérotrophes : algues, moisissures aquatiques, moisissures visqueuses, protozoaires, champignons
  • Adaptations
  • Protistes causant des maladies
  • Relation symbiotique

Voir les 24 leçons de biologie universitaire, y compris les didacticiels conceptuels, les exercices de résolution de problèmes et les aide-mémoire :
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Exemples de questions basées sur des données

Les examens de l'IB comportent de nombreuses questions basées sur des données. Ces questions se trouvent dans la section A de l'épreuve deux et également dans la section B de l'épreuve trois, l'épreuve optionnelle.

Cette page répertorie un certain nombre d'exemples de questions basées sur des données qui peuvent être trouvées sur ce site Web InThinking Biology.
Il existe également des questions basées sur des données dans chacun des tests de fin de sujet de style IB dans la section d'évaluation et de révision.

Questions d'analyse de données sur le cancer et le tube digestif

Essayez cette activité d'analyse de données sur la mitose. Ce lien avec la mitose n'est pas immédiatement évident, c'est le genre de question qui teste la capacité d'un étudiant à comprendre ce qui se passe dans une étude biologique spécifique qu'il n'a jamais vue auparavant.

Les preuves de l'étude soutiennent le concept de mitose qui s'est dérégulée dans l'intestin grêle, ce qui peut provoquer le cancer.

Pour répondre précisément aux questions, il est important de comprendre les termes de commande que l'on trouve couramment dans les questions basées sur les données.


Les scientifiques ont observé les types de recombinaison suivants dans la nature :

    • Recombinaison homologue (générale): Comme son nom l'indique, ce type se produit entre des molécules d'ADN de séquences similaires. Nos cellules effectuent une recombinaison générale au cours de la méiose.
      • Recombinaison non homologue (illégitime): Encore une fois, le nom est explicite. Ce type se produit entre des molécules d'ADN qui ne sont pas nécessairement similaires. Souvent, il y aura un degré de similitude entre les séquences, mais ce n'est pas aussi évident que dans les recombinaisons homologues.
        • Recombinaison site-spécifique : Ceci est observé entre des séquences particulières, très courtes, contenant généralement des similitudes.
        • Recombinaison mitotique : Cela ne se produit pas réellement pendant la mitose, mais pendant interphase, qui est la phase de repos entre les divisions mitotiques. Le processus est similaire à celui de la recombinaison méiotique et présente des avantages possibles, mais il est généralement nocif et peut entraîner des tumeurs. Ce type de recombinaison est accru lorsque les cellules sont exposées à des radiations.

        Les cellules procaryotes peuvent subir une recombinaison par l'un de ces trois processus :

          • La conjugaison est l'endroit où les gènes sont transmis d'un organisme à un autre après avoir été en contact. A tout moment, le contact est perdu et les gènes qui ont été donnés au receveur remplacent leurs équivalents dans son chromosome. Ce que la progéniture finit par avoir est un mélange de traits de différentes souches de bactéries.
            • Transformation : C'est là que l'organisme acquiert de nouveaux gènes en absorbant l'ADN nu de son environnement. La source de l'ADN libre est une autre bactérie qui est morte, et donc son ADN a été libéré dans l'environnement.
            • La transduction est un transfert de gène qui est médié par des virus. Des virus appelés bactériophages attaquent les bactéries et transportent les gènes d'une bactérie à une autre.

            Théorie, forme et fonction cellulaires : procaryotes et eucaryotes

            Deux types de cellules structurellement distincts ont évolué, dont la complexité interne varie considérablement. Procaryote les cellules sont le type le plus simple et sont des précurseurs évolutifs de eucaryote types cellulaires. Ce que l'on pense être les premières cellules fossilisées connues a été découverte par des paléontologues travaillant près des Grands Lacs en Amérique du Nord. Ils ont découvert des preuves de microfossiles avec suffisamment de détails pour classer les cellules comme procaryotes. Comment savaient-ils qu'ils étaient procaryotes ?

            Bien que les cellules procaryotes et eucaryotes puissent avoir un paroi cellulaire et un membrane cellulaire pour enfermer le cellulaire cytoplasme, les similitudes structurelles s'arrêtent là. À l'intérieur d'une cellule procaryote typique, telle qu'une cellule bactérienne, il n'y a pas de membrane liée organites. Un organite est une structure subcellulaire qui a une fonction spécifique. Même le matériel génétique, bien que souvent contenu et coincé à l'intérieur de la cellule, n'est pas lié par une membrane. Les cellules eucaryotes, qui comprennent essentiellement tous les types cellulaires à l'exception des bactéries, sont caractérisées par des organites internes entourés d'une membrane, ce qui contribue à augmenter leur organisation et leur efficacité. Contrairement aux procaryotes, chez les eucaryotes, les chromosomes sont constitués de longueurs distinctes d'ADN et sont stockés dans une membrane nucléaire. Parce que les procaryotes sont plus simples, dépourvus d'organites liés à la membrane, ils sont également beaucoup plus petits (1 à 10 micromètres) que les eucaryotes, dont la taille varie de 10 à 100 micromètres.



Commentaires:

  1. Kelvyn

    Je vais jeter un oeil au travail vendredi.

  2. El-Saraya

    Caractéristiques:)

  3. Araran

    Le sujet incomparable, c'est très intéressant pour moi :)

  4. Wise

    Vous n'êtes pas correcte. Je peux défendre ma position. Envoyez-moi un courriel à PM, nous en discuterons.



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