Micro-organisme

Amas de bactéries Escherichia coli grossies 10 000 fois au microscope électronique.

Culture d'Escherichia coli dans une boîte de Pétri.

Salmonelles (Salmonella typhimurium), en rouge, sur une culture de cellules humaines.

Un micro-organisme (du grec μικρός, mikrós, « petit » et de ὀργανισμός, organismós, « organisme ») ou microbe est un organisme vivant, généralement invisible à l'œil nu, qui ne peut être observé qu'à l'aide d'un microscope.

Les micro-organismes sont représentés par diverses formes de vies dont les bactéries, certains champignons, les archéobactéries, et les protistes; des plantes microscopiques (appelées algues vertes) ; et des animaux tel que le plancton, le planaire et l'amibe. Certains microbiologistes incluent les virus mais d'autres ne les considèrent pas comme des êtres vivants.

En améliorant le microscope et en mettant en évidence dès le XVII^e siècle l'existence des bactéries, le drapier hollandais Antoine van Leeuwenhoek apparait comme le précurseur de l'étude des micro-organismes et de la biologie cellulaire. Depuis 1872 (Ferdinand Julius Cohn) les « bactéries » sont différenciées des levures, des moisissures, des infusoires ou des parasites.

Le mot « microbe » (littéralement « petite vie ») est introduit par le chirurgien français Charles Sédillot en 1878 pour désigner tous ces êtres vivants infiniment petits, un mois avant que Pasteur et ses collaborateurs fassent une communication à l'Académie de médecine, sur la « théorie des germes » et ses applications à la médecine et à la chirurgie, dans laquelle des êtres vivants microscopiques sont déclarés responsables de maladies.

Histoire

Au XVII^e siècle le drapier hollandais Antoine van Leeuwenhoek observe les micro-organismes - microbes, levures, globules du sang - à l'aide d'un microscope de sa conception. Il fait ainsi l'une des plus importantes contributions à la biologie en ouvrant la voie aux domaines de la microbiologie et de la bactériologie.

Au XIX^e siècle, Agostino Bassi prouve l'origine microbienne du mal del segno, une maladie (muscardine) des vers à soie, Filippo Pacini celle du choléra, Casimir Davaine celle du charbon et les découvertes de micro-organismes se multiplient. Louis Pasteur participe au mouvement et découvre lui aussi quelques micro-organismes pathogènes. En 1867, Joseph Lister (qui déclare une dette envers Pasteur) révolutionne la chirurgie avec l'antisepsie. Divers scientifiques de l'époque, dont le plus connu est Pasteur, travaillent sur des vaccins.

En 1878, Charles-Emmanuel Sédillot propose le terme « microbe » (signifiant mot à mot : petite vie) pour désigner tous les agents microscopiques pathogènes.

La liste de ces agents est rapidement complétée  : Le staphylocoque ( Pasteur 1878 ), le gonocoque ( Neisser 1879), la typhoide ( Koch en 1880), la tuberculose ( Koch en 1882) , le pneumocoque ( Talamon 1883), le Choléra ( Koch 1883), le streptocoque ( Fehleisen, 1883), la Diphtérie ( Löffler 1884), le Tétanos ( Nicolaier 1886), le Méningocoque ( Weichselbaum 1887), la peste ( Yersin 1894), la dysenterie (Shiga 1898), la coqueluche ( Bordet et Gengou 1906) , etc...

Micro-organismes

Les micro-organismes ont été les premières formes de vie à se développer sur Terre, il y a environ 3,4 à 3,7 milliards d'années. Le transfert horizontal de gènes, de pair avec un haut taux de mutation et de nombreux autres moyens de la variation génétique, permet aux micro-organismes d'évoluer rapidement (par sélection naturelle), de survivre dans des environnements nouveaux et répondre à des stress environnementaux.
Cette évolution rapide est importante dans la médecine, car elle l'a conduit à l'évolution récente de « super-microbes » - des bactéries (notamment pathogènes) rapidement devenues résistantes aux antibiotiques modernes.

Certains microbes dont ceux dits extrêmophiles ont acquis au cours de l'évolution des moyens de résistance face au système immunitaire de leur hôte ou face au stress environnemental (acides, pression, température, froid, oxydants, métaux lourds, radioactivité, etc.), soit en s'adaptant à l'un ou l'autre de ces « facteurs de stress », soit en entrant en sommeil ou en se protégeant par « enkystement ».
Un même microbe peut ainsi se présenter sous plusieurs formes, Toxoplasma gondii offre par exemple - selon le contexte - 3 formes :

• tachyzoïte ; forme active à haut taux de reproduction ;
• mérozoïte ; se reproduisant moins vite, mais protégé dans des kystes cellulaires ;
• sporozoïte ; forme très protégée logée dans des oocystes.

Les micro-organismes sont présents dans toute la structure de la taxonomique. Il est possible de distinguer d'une part les micro-organismes procaryotes qui ne possèdent pas de noyau comme les bactéries et les Archaea, et d'autre part les micro-organismes eucaryotes possédant un noyau. Les eucaryotes microscopiques comprennent les champignons comme les levures et les deux types de protistes, algues et protozoaires.

Les micro-organismes sont souvent décrits comme unicellulaires, quelques protistes unicellulaires sont visibles à l'œil nu et quelques espèces multicellulaires sont microscopiques.

La taille moyenne des cellules bactériennes est de 0,5 à 1 µm, mais il existe certaines bactéries ayant une taille de plus de 50 µm. Les cellules eucaryotes ont un diamètre allant de 5 à 20 µm.

Les micro-organismes unicellulaires étaient les premières formes de vie à se développer sur Terre, il y a approximativement quatre milliards d'années.

On trouve les micro-organismes dans tous les types d'environnement présents dans la nature : ils colonisent tous les écosystèmes, comme les sols, les eaux douces et les eaux marines, l'air, mais aussi des environnements plus hostiles tels que les pôles, les déserts, les geysers, le fond des océans, etc. Les micro-organismes rencontrés dans des environnements extrêmes sont qualifiés d'extrêmophiles. De nombreux micro-organismes sont associés aux plantes ou aux animaux avec lesquels ils peuvent entretenir des relations de symbiose, de commensalisme ou de parasitisme. Certains micro-organismes peuvent être pathogènes, c’est-à-dire entraîner une maladie chez les plantes ou les animaux.

Habitats

Les micro-organismes sont présents dans presque tous les habitats existants dans la nature, y compris dans des environnements a priori hostiles tels que les pôles, les déserts, les geysers, les rochers et la mer profonde. Certains types de micro-organismes, appelés extrêmophiles, se sont adaptés aux conditions extrêmes de vie.

Dans les milieux fréquentés par l'homme, le taux de micro-organismes dans l'air peut fortement varier. Il est notamment lié à l'empoussièrement et à l'humidité de l'atmosphère.
Les rayons UV du soleil désinfectent l'air, mais quand il est humide et riche en particules (poussières, pollens, suies, etc), celles-ci peuvent aussi servir de support à de nombreuses bactéries, virus, micro-organismes, spores de champignons, etc. qui sont alors facilement mis en suspension dans l'air par le vent, les turbulences, le balayage, les flux de véhicules, etc.
C'est dans les villes denses que le taux de microbes était le plus élevé au siècle dernier. Iablokoff, naturaliste qui travaillait sur les forêts et leur naturalité a comparé les taux de microbes dans l'air d'endroits plus ou moins enforestés, avec les résultats suivants :

• Grands magasins à Paris : 4 000 000 microbes/m³ d'air
• Grands boulevards : 575 000 microbes/m³ d'air
• Champs-Élysées : 88 000 microbes/m³ d'air
• Parc Montsouris (boisé) : 1 000 microbes/m³ d'air
• Forêt de Fontainebleau : 50 microbes/m³ d'air

En 1956, d'autres mesures ont donné :

• Vieux Nice : 465 000 microbes/m³ d'air
• Bordeaux (Parc) : 1 350 microbes/m³ d'air
• Pineraie de Le Porge : 30 microbes/m³ d'air

Importance

Les micro-organismes sont indispensables à l'Homme et à l'environnement. Ils participent au cycle du carbone et au cycle de l'azote et accomplissent un rôle vital dans presque tous les écosystèmes, tel que le recyclage d'autres organismes.

Maladies et immunologie

Les micro-organismes peuvent aussi être la cause de nombreuses maladies infectieuses. On distingue ainsi: les bactéries pathogènes qui provoquent des maladies comme la peste, la tuberculose et le charbon, les protozoaires responsables de maladies comme le paludisme, la maladie du sommeil et la toxoplasmose et enfin les champignons qui provoquent des maladies telles que la teigne, la candidose ou histoplasmose. D'autres maladies comme la grippe, la fièvre jaune ou le SIDA sont causés par des virus pathogènes qui ne sont généralement pas classés comme des organismes vivants et ne sont donc pas des micro-organismes au sens strict du terme.

Besoins des micro-organismes

Pour se nourrir, les micro-organismes ont besoin de :

• substances organiques :
  • glucides (sucres) : glucose, lactose... apport de carbone et d'énergie.

Utilisation soit par respiration (dégradation totale : gaz), soit par fermentation (composés divers issus du « découpage » plus ou moins important des sucres).

Les produits de ces fermentations sont des déchets et sont donc rejetés dans le milieu naturel.

• Protides (Protéines) : apport de substances azotées.
  • Dégradation plus ou moins importante des protéines avec libération d'acides aminés, peptides, voire ammoniac : c'est la protéolyse.
• Lipides : éventuellement — apport de carbone et d'énergie.
  • Libération d'acides gras : appelée la lipolyse.
  • La quantité de lipides a un effet protecteur sur la destruction des bactéries par de hautes températures.
• Substances minérales : sels.
• Facteurs de croissance : vitamines.
• Eau.

Par le froid, on stoppe la croissance de la majorité des micro-organismes qui vont se maintenir en état de dormance, sans multiplication.

L'importance du temps de chauffe permet, pour une température donnée, de parvenir à une destruction plus ou moins complète ; une augmentation de température impliquant une diminution du temps de chauffe. Les principaux traitements thermiques sont la pasteurisation et la stérilisation.

À une température favorable adaptée et optimale, on permettra le développement de certaines espèces :

• psychrophiles : température optimale de 12 à 15 °C
• psychrotrophes : température optimale de 25 à 30 °C
• mésophiles : température optimale de 30 à 45 °C
• thermophiles : température optimale de 55 à 75 °C

L'interaction de micro-organismes différents peut varier :

• la métabiose : succession sur un même milieu de micro-organismes ; les premiers préparent le « terrain » pour les suivants, puis stoppent leur multiplication et enfin disparaissent.
• la symbiose : développement sur un même milieu et en même temps de plusieurs espèces microbiennes, ces espèces se favorisant mutuellement.
• l'antibiose : il en existe plusieurs formes
  • par compétition, lié au nombre et à la virulence d'une espèce ; la plus combative occupant le milieu, celui-ci devient impropre au développement de l'espèce la plus faible.
  • par inhibition : les antibiotiques.
  • par parasitisme : les bactériophages ou virus dont la multiplication est 25 à 100 fois plus rapide que celle des bactéries.

L'activité des micro-organismes dans la biosphère et leur rôle dans les cycles biogéochimiques sont essentiels pour toutes les formes de vie sur Terre.

La microbiologie est la science qui étudie les micro-organismes.

Recherche sur les espèces extrêmophiles

• 2007. Une équipe de biologistes de l'Université du Massachusetts (États-Unis) a découvert un microbe se reproduisant à 121 °C ; Trouvé proche d'une cheminée située dans les profondeurs de l'Océan Pacifique, la "Souche 121" a survécu jusqu'à la température de 130 °C. C'est l'organisme connu vivant sur terre résistant à la plus forte température.
  Précédemment on connaissait Pyrolobus fumarii qui mourait après 1 heure d'incubation à 121 °C.
• Dans les années 1980 avant d'enfouir des armes et déchets nucléaires à grande profondeur, le ministère de l'Énergie (DOE) a voulu vérifier s'il pourrait exister des microbes susceptibles d'interférer avec les joints ou matériels enfouis. Les géologues et biologistes américains ont alors été surpris de trouver dans des forages exploratoires faits sous des installations de traitement nucléaire existantes (Savannah River, Caroline du Sud) des bactéries et archéobactéries vivant jusqu'à 500 mètres sous la surface. D'autres études ont confirmé que la vie était également fréquente à grande profondeur, avec la Grotte de Movile en Roumanie en 1986, puis en 1992, quand John Parkes a découvert que même à 500 mètres sous le plancher océanique de la mer du Japon vivaient environ 11 millions de microbes par cm3 de sédiment
  Des microbes-Mathusalem dotés d'un métabolisme extrêmement ralenti pourraient peut être survivre durant des milliers voire milions d'années quasiment en l'absence de nourriture. Des chercheurs ont trouvé en 2011 des cellules vivantes dans des sédiments datés de 460.000 ans prélevés à 220 mètres sous le plancher de l'océan Pacifique près du Japon. Elles ressemblaient à des cellules mortes mais, mise en présence d'une source de nourriture marquée par des radioisotopes stables du carbone et de l'azote, les 3/4 de ces cellules se sont montrées capables de s'en nourrir.
  Un écosystème bactérien profond a été découvert sous le pacifique avec des bactéries actives et les archées dans les sédiments datés de 86 millions années (formés environ 20 millions d'années avant l'extinction des dinosaures. Dans les milieux les plus extrêmes, les individus sont plus rares, avec néanmoins environ 1000 cellules/cm3 de sédiments.
  Dans les roches minérales chaudes et radioactives, ces bactéries utilisent la désintégration radioactive de l'uranium qui hydrolyse certaines molécules d'eau (en hydrogène libre et dioxygène par radiolyse pour se procurer de l'hydrogène qu'elles combinent à des ions sulfate de leur substrat rocheux pour produisant assez d'énergie pour se maintenir en vie, tout en exploitant au mieux les quantités infimes de carbone de leur environnement.
• On a cru que seuls des bactéries pouvaient vivre dans les milieux si hostiles, mais des nématodes de 0,5 mm de long ont été récemment (2011) découverts nageant dans l'eau de fissures à très grande profondeur (1,3 km), dans mine d'or de Beatrix. Ils ont été nommés Halicephalobus mephisto en référence au Mephistopheles de Faust car lucifuges et vivant dans les profondeurs de la terre. Puis, puis dans la mine de Tautona (la plus profonde du pays), un autre nématode a été découvert à 3,6 kilomètres sous la surface (l'animal terrestre le plus profondément trouvé dans le monde . De nombreux microbes peuvent vivre dans oxygène, mais c'est la première fois qu'on trouve un animal pouvant le faire ; les cellules de ces vers ont un génome différent des autres espèces, ils n'ont pas de mitochondries (organites qu'on pensait universels chez les animaux). Ils tirent leur énergie - comme de nombreuses bactéries extrêmophiles - de l'hydrogène sulfuré grâce à des organites spécifiques dites hydrogénosomes .

C'est donc à tort que les hommes ont longtemps cru que les grands fonds marins étaient stériles. De même pour les profondeurs du sous-sol qui semblaient l'être plus encore. On connait encore très mal cette biodiversité et sa biomasse évaluée selon les estimations entre 1% et 10% de la biomasse de toute les espèces vivantes. Deux projets visent à recenser ces espèces : « Census of Deep Life » et « Center for Dark Energy Biosphere Investigations ».

Ces espèces pourraient peuvent nous aider à préciser l'origine de la vie. L'idée dominante est qu'elle serait apparue dans les sources chaudes, mais elle pourrait aussi être née dans les fissures du sous-sol, à l'abri des UV et autres rayons cosmiques non-encore filtrés par la couche d'ozone et protégée des bombardements de d'astéroïdes. Ceci peut aussi faire imaginer d'autres formes de vie, d'évolution ou d'adaptations que celles que nous connaissons ou la vie, et qui pourraient exister sur d'autres planètes, avoir existé ou exister dans le futur voire être les dernières à survivre.

De nouvelles questions bioéthiques se posent aussi. Comme la pêche dans les grands fonds, l'exploitation minière ou océanographique profonde pourraient aussi affecter et modifier ou menacer une part de la biodiversité encore inconnue, notamment avec l'utilisation de techniques telles que la fracturation hydraulique profonde associée à des injection de matières organiques et de produits chimiques. De même pour les projets de stockage profond de CO2.

Voir aussi

Bibliographie

• Nasser S., Staley J., Lory S., Microbiologie. Éditions Dunod, 2004.
• Nasser S., L.M., Harley, J.P. Klein, D.A., Microbiologie 2^e édition, DeBoeck eds, 2003.
• Nasser S., Bactériologie : pour la médecine, la biologie et les biotechnologies, Cours, 6^e édition, Dunod, 2005.

Articles connexes

• Bactérie
• François-Vincent Raspail
• Maladie infectieuse
• Microbiologie
• Fomite
• Lutte antimicrobienne
• Biofilm

Liens externes

• Sélection de sites web sur la microbiologie dans le répertoire encyclopédique : Les Signets de la Bibliothèque nationale de France