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République Algérienne Démocratique et Populaire

Ministère de l·Enseignement Supérieur

et de la Recherche Scientifique ϒϠ˰θϟ΍ 6Ϡϋ2Α ϦΑ ΔΒ˰8δΣ Δ˰όϣΎΟ

Université Hassiba Benbouali de Chlef

Faculté de Sciences de la Nature et de la Vie

Présenté par: Dr. N.BELMILOUD

Intitulé du Master : Biodiversité et Environnement

Semestre: 2

Intitulé de lUE: UED1

Intitulé de la Matière : Ecologie microbienne

Crédits: 1

Coefficients: 1

Objectifsde lenseignement: connaitre les interactions de la microfaune dans les processus fondamentaux des écosystèmes.

Connaissances préalables recommandées:

Létudiant doit avoir suivi les enseignements relatifs à la microbiologie et à lécologie générale.

Contenu de la matière:

Interactions au sein dune population microbienne.

Interactions entre diverses populations microbiennes.

Interactions entre microorganismes et plantes.

Interactions entre microorganismes et protozoaires.

Interactions entre microorganismes et animaux.

Communautés microbiennes et écosystèmes.

Structure et fonction de quelques communautés microbiennes, biofilms.

Cycles biogéochimiques et microorganismes.

Interactions des microorganismes avec les métaux.

Introduction

Ecologie microbienne est une discipline au carrefour de microbiologie. Elle consiste: -à caractériser la biodiversité microbienne d'unécosystème, -placeet le rôledes micro-organismes dans un habitat (environnement, écosystème) ainsi que les interactionsdes micro- organismesentre euxetavec leur milieu. On trouve des micro-organismes dans tous les écosystèmes (eau, air, sol, aux animaux et entretenir une relation de symbiose Les organismes vivants avaient été répartis en deux ensembles biotiques : les Procaryotes (de pro = primitif et karyon= noyau) et les Eucaryotes (eu = vrai) et cinq Règnes (Procaryotes, Protistes,

Mycètes, Animaux et Plantes).

Étant donné que les cellules animaleset végétalessont eucaryotes,Les principaux représentants des micro-organismes eucaryotes sont :

Algues

Mycètes

Protozoaires

Algues:

Elles présentent des caractères anatomiqueset morphologiquestypiquement végétaux. Elles ont une membrane cellulosique et sont capables de photosynthèse. Ce sont des microorganismesphotosynthétiquesles plus nombreux à la surface de la terre. On les retrouve partout la lumière et des éléments nutritifs.

Protozoaires:

Ils forment un groupe très hétérogène de micro-organismes eucaryotes. Ils sont dépourvus de pouvoir photosynthétiqueet de cellulose. Ils sont unicellulaireset mobiles en provoquant des maladies comme la maladie du sommeil, le paludisme

Mycètes:

Ce sont des organismes eucaryotesnonphotosynthétiques, vivent dans le sol humide, dégradent les matièresorganiquesissues de cadavres animaux et résidus végétaux. Ils ont donc un rôleimportantdans le recyclagedes matièresorganiques. Ils représentent un grandintérêtéconomiquecar à partir de différentes souches on peut

obtenir une très grande variété de substances organiques utilisées dans les aliments à

de Pénicilliumdans le Camembert ou Saccharomycescerivisiaiepour la fabrication du pain. Certaines espèces sont parasites et pathogènes. Les maladies produites sont les mycoses dont certaines sont graves. Les antibiotiques sont inefficaces. Les traitements de ces mycoses est délicat. Certains champignons sécrètent des toxines en particulier Aspergillusflavusqui contamine les arachides et qui donne le cancer du foie.

1-2-Archéobactéries " Archaea" ou "Archaeobacteria"

Les archéobactéries caractérisé par des cellules sans noyau et se distinguant des eubactériespar certains caractères chimiques dont la constitution de la membrane cellulaire. Les archéobactériesse développentdans les conditionsde viequi sont très difficilesvoire impossiblespour la plupart des autres organismes. Par exemple, Pyrobaculumprovient de réservoirs profonds de pétrole chaud Methanopyrusse développe dans un fumeur de mer profonde composé de fluides hydrothermaux émergeant des chambres magmatiques à des températures allant de 200°Cà 350°Cet enfin Pyroboluspeut proliférer à 113°C. Par ailleurs certaines archéobactériespeuvent proliférer en présence de NaClà 30 %, à un pH=0 ou dans des mares bouillantes. Sur la base de critères, les archées ont été divisées en trois grands groupes :

Les archéobactéries méthanogènes

Les archéobactéries halophiles

Les archéobactéries thermophiles

Eubactéries "Bacteria" ou "Eubacteria

Les eubactériescomprennent la plupart des bactéries, excepté les archéobactéries. Elles

occupentla plupart des milieux, et constituent certainement en nombre de cellules, peut être en masse, la plus grande partie du vivant. Elles remplissent des fonctions fondamentalesdans terrestre, comme par exempledans le cycle de ou du soufre. Elles jouent aussi un rôle prépondérant dans le recyclagedes déchets organiques. Les eubactéries peuvent être phototrophes(tirant leur énergie de la lumière), chimiotrophes(trouvant leur énergie de gradients chimiques non organiques), hétérotrophes(trouvant leur énergie dans la matière (parasitisme) ou morte.. Les bactéries peuvent aussi être rencontréesdans des environnementsplus extrêmes. Elles sont qualifiées extrémophiles: -Des bactéries halophilessont rencontrées dans des lacs salés, -des bactéries psychrophilessont isolées océans Arctique et Antarctique, des banquises. -Des bactéries thermophilessont isolées des sources chaudes ou des cheminées hydrothermales. On en trouve des aérobiesou des anaérobiesstrictes Les eubactériesse subdivisent en trois groupes : Les "Gracilicutes" regroupant les bactéries dont la paroi est à Gram négatif. Les "Firmicutes" regroupant les bactéries dont la paroi est à Gram positif. Les "Tenericutes" rassemblant les bactéries dépourvues de paroi.

2-Diversité du monde microbien et écosystèmes

Les bactéries, avec les autres micro-organismes participent pour une très large part à léquilibrebiologiqueexistant sur la surface de la terre. Ils colonisenten effet tous les écosystèmeset sont à lorigine de transformationschimiquesfondamentales lors des processus biogéochimiquesresponsables du cycledes élémentsnaturels.

1-Les eauxnaturelles(écosystème aquatique) comme les eux marines (océans) ou les eaux

douces (lacs, mares, étangs, rivières) sont des habitats microbiens très importants. Les matièresorganiquesen solutionet les minérauxdissouspermettent le développementdes bactéries. Les bactériesparticipent dans ces milieux à lautoépurationdes eaux. Les bactéries composant le plancton des milieux aquatiques sont appelées les bactérioplanctons.

2-Le solest composé de matière minéraleprovenant de des

rocheset de matièreorganique décompositionpartielledes végétaux. -La flore microbienne y est très variéecomprend: en plus des champignons, des protozoaires, des algues, des virus, des bactéries qui sont les représentants les plus importants quantitativement. On peut y trouver tous les typesde bactéries, des autotrophes, des hétérotrophes, des aérobies, des anaérobies, des mésophiles, des thermophiles. Certaines bactériessont capables de dégraderdes substancesinsolublesvégétalecomme la cellulose, la lignine, de réduireles sulfates, le soufreet de produiredes nitrates. Les bactéries jouent un rôle dans le cycledes nutrimentsdes solset sont notamment capables de fixer. Elles ont donc un rôledans la fertilité des solsrestauration. Les bactéries abondent au niveau des racinesdes végétaux avec lesquels elles vivent en mutualisme (est une interaction entre deux espèces, dans laquelle les organismes impliqués tirent tous les deux profit de cette relation.), en effet certaines bactéries vivent en symbiosesdans les nodules des racines ou des tiges des légumineuses.

Les micro-

organismes tels que les bactériesont mis en place des stratégies pour aux périodes sèches. Les Clostridium et les Bacillusproduisent des endospores types de spores chez les Actinomycètes.

3-Importance des microorganismes dans les différents domaines

Les micro-organismes on les utilisent a cause de: très diversifiés, présentspartout, très adaptatifs, ont une importance primordiale dans de nombreux domaines. Cycle biogéochimique de la matière : importance de la biodiversité microbienne dans les Dépollution naturelle des milieux grâce aux micro-organismes utilisés dans le traitement des eaux usées ou des sols pollués. Agriculture : interaction des micro-organismes avec les plantes (symbiose ou pathogène). Médecine humaine et vétérinaire : importance des parasites, des bactéries et virus pathogènes. Agroalimentaire : importance de la biodiversité microbienne dans des processus de transformation ou de fermentation de produits alimentaires (fromage, yaourt), Biotechnologie : connaissance de la biodiversité microbienne pour caractériser des nouvelles molécules ayant des propriétés intéressantes pour les milieux pharmaceutiques et/ou industriels. Maîtrise des flores pathogènes via un ensemencement contrôlé.

4-Micro-biotiques

est un caractère fondamental du vivant tout comme le métabolisme. Elle prend des formes diversifiées particulièrement chez les micro-organismes. Ces derniers interagissent non seulement entre eux mais aussi avec des plantes et les animaux. Les interactions peuvent êtes conflictuelleou bénéfiques.

Les interactions conflictuellesplusieurs

partenaires. Parmi elles, on trouve la compétition, , le parasitisme.

Les interactions bénéfiques

intervenants. Parmi elles, on trouve la coopération, mutualisme, symbiose, commensalisme.

Microbiologie du sol

Tous les types demicro-organismes existent dans les sols. Ce sont soit des eucaryotes(champignons,algueset protozoaires), soit des procaryotes(bactéries et cyanobactéries). Leur distributionest fonctionnon seulement de la présencede substrats

énergétiques(essentiellement des résidus végétaux) et d'éléments minéraux, mais

aussi de nombreux facteurs physiques et chimiques caractérisant chaque sol, notamment la structure, l'aération, le pH, la température et la teneur en eau. En général, leschampignonscontribuent pour plus de la moitié de la biomasse microbienne dans le sol. Mais, dans les sols hydromorphes, les algues ont tendance à proliférer en surface et lesbactériesanaérobies en profondeur. Lesvirussont souvent associés auxargilesà partir desquelles ils peuvent pénétrer dans les racines desplantespar des blessures. Le sol renferme aussi des enzymes libres, qui sont soit intracellulaires, c'est- à-dire incluses dans des cellules encore vivantes ou mortes, soit extracellulaires, c'est-à-dire à l'état libre ou adsorbées sur les colloïdes argileux. En plus de la microflore, le sol héberge une microfaunecomposée de nématodes, versde terre et autres invertébrés(en particulier des insectes) qui peuvent aussi jouer un rôle considérable. Les micro-organismes du sol y jouentdeux rôles essentiels: d'une part, ils sont responsablesde transformations chimiques et même physiques qui se déroulentdans les sols; d'autre part, ils agissent directement ou indirectement sur lanutritiondes plantes. En fait, il existe tout un réseau d'interactions complexes entre les micro-organismes du sol, les plantes, la faune du sol et la flore

4-1. Interactions entre micro-organismes

a) Interactions conflictuelles Ces interactions sont la plupart des cas basées sur des aspects trophiquescar les ressourcessont toujours limitées. * Compétition Dans ce type deux ou plusieurs micro-organismes ont une même ressource environnementale limitée nutritif vital. La compétitionpermet la diversitémicrobienne entre les populationsen stimulant des populations microbiennes à diversifierleur capacitémétaboliques. * Parasitisme Cette interaction est souvent décrite comme relevant de la prédation. En outre la bactérie Bdellovibriobacteriovoruscommence par pénétrer le périplasmescellerle pore pour donner les cellules filles. b) Interaction bénéfiques * Commensalisme un micro-tire transforme en nitritealors que la bactérie chimiolithotrophenitratante Nitrobactertransforme le nitriteen nitrate. Par conséquent Nitrobacterdépendde ce que Nitrosomonas lui fourmi alors que le bénéfice que cette dernière tire de la présence de

Nitrobacter est moins évident.

* Cométabolisme

Les bactéries ont en général des systèmes métaboliques complémentaires. certains isolats

bactériens du sol incapables individuellement de métaboliser des composés polycycliques aromatiques, mais qui deviennent capables de la faire quand ils sont cultivésen consorsium. Ce dernier est un ensemble de souches capables de compenser les inhibitionsprovoquées par un composé en le dégradant. * Mutualisme

Symbiobacteriumthermophilumet Bacillus.

Symbiobacteriumne peut être cultivée sans la présence de Bacillusqui lui fournit du CO2 issue de sa respiration. Le CO2 permet à Symbiobacteriumthermophilumde compenser la photosynthèse.

4-2. Interactions des micro-organismes

Mutualiste et symbiose

Ya des bactéries qui colonisele rumen (flore intestinale) des herbivorespermettent la digestion de la cellulose par ces animauxde contribue à la digestion des aliments mais les bactéries fabriquent également des vitamines comme la vitamine K et la biotine.

Parasitisme

Certaines maladies des plantes sont causées par des champignons et des virus qui pénètrent souvent par des blessures. De nombreuses bactéries foliaires sont phytopathogènes. Exemple : Erwiniaamylovoraresponsable de " feu bactérien » sur poirier et pommier, Xanthomonascampestrisagent responsable des lésions et nécrose sur le limbe. Les bactéries pathogènes sont responsables de maladies infectieuses humaines et animales. Les exemples de maladies infectieuses comprennent le choléra, la peste, la tuberculose et la grippe.

Les biofilms

La plupart des espèces bactériennes ne vivent pas ìndividuellementen suspension, mais en communautés complexes adhérant à des surfaces. -Tous les micro-organismes se développent non isolément sous la forme de microcolonies, de taille, forme, densitéet organisationdiverses: en agrégat, en monocouche, ou multicouche, en suspension dans les gaz, les liquides ou adhérent à une surface. -Dans les suspensions liquides, la plupart de ces micro-organismes, souvent regroupés en amas mobiles sont animés par des mouvements browniens et VRQP GpSRXUYXHV GH PRXPHV MPPMŃOHV j XQH VXUIMŃH RQ SMUOH G·pPMP planctonique. -Sur les surfaces naturelles, ou synthétiques, la plupart de ces micro- organismes forment des amas adhérents en remaniement permanent : on

SMUOH G·pPMP sessile.

-Toutes ces formesde communautésvivantes plus ou moins organisées sont regroupées sous le vocable de " Biofilm» -Les biofilms constituent la première forme de vie organisée sur la terre GHSXLV HQYLURQ 3D PLOOLMUGV G·MQQpHV TXL VH UHPURXYHQP dans O·HQYLURQQHPHQP terrestre à tous les niveaux, même dans les environnements extrêmes (pores au sein des glaciers, eau à haute concentration saline, etc..). -F·HVP MLQVL TXH ŃHV NLRILOPV VH GpYHORSSHQP HQ VMQPp VXU GHV PUqV nombreuses surfaces (cathéters, tissus biologiques, peau, muqueuses, dents, yeux poumons, nez, oreilles, etc..) et dans des conditions tout aussi physiologiques que pathologique. -6D GHV LQIHŃPLRQV NMŃPpULHQQHV ŃOH] O·ORPPH VRQP OLpHV j GHV NLRILOPV

Définition

Le biofilmest une communauté de microorganismes (bactéries, champignons) fixée à une surface et maintenue par la sécrétion d·une matrice adhésive et protectrice. -Les biofilms sont des couches de micro-organismes associés à un type de surface et constitués d·un seul type ou de plusieurs types de micro- organismes (levures, bactéries, protozoaires ou des combinaisons de toutes ces espèces). Les biofilms sont ubiquitaires, ils concernent le monde animal, végétal, minéral, aquatique, technologique. C·est une structure vivante, dynamique, en perpétuel remaniement. $ O·pŃOHOOH GH OM SOMQqPH OH NLRILOP HVP SURNMNOHPHQP OH mode de vie dominant des bactéries

1 Principaux critères

²I·LPSRUPMQŃH GHV PLŃURRUJMQLVPHV HVP GH 1D ŃRQPUH 8D SRXU OM PMPULŃH extracellulaire. -Un biofilm est une structure qui a un âge et une densité avec une limite de visibilité considérée en dessous du seuil de 104 cellules/cm2 et au-dessus de celui de 108 cellules /cm2 ). -Les biofilms se développent souvent de manière hétérogène sous la forme de microcoloniesdiscontinues, séparées par des espaces où circule des liquides, des molécules librement. -IHV NLRILOPV VH GpYHORSSHQP SMUIRLV GH PMQLqUH ORPRJqQH ORUVTX·LOV VRQP organisés par des champs de forces et le plus souvent dans des conditions expérimentales -La structure des biofilms dépend non seulement des micro-organismes qui le composent, des molécules engagées dans leur formation et des variations physico-chimiques de leur environnement. %MVHV GH O·MGOpVLRQ -I·MGOpVLRQ est une accumulation de micro-organismes et de matériel extracellulaire sur une surface solide. -F·HVP XQ SURŃHVVXV V·HIIHŃPXMQP HQ SOXVLHXUV pPMSHV

ȻTransport vers la surface,

ȻAdhésion non spécifique ou réversible

ȻAdhésion spécifique ou irréversible.

-L·adhésionest un phénomène purement physico-chimique qui est suivi de phénomènes biologiques. C·est un processus au cours duquel on constate : ȻDes modifications génétiques, phénotypiques et métabolique ȻToutes les souches bactériennes n·ont pas la même capacité d·adhésion aux surfaces et des différences intra-espèces existent ȻDes variations d·adhésion selon la nature et l·état de surface ȻDes variations de la rugosité et des altérations des surfaces (corrosion) modifient la formation des biofilms ȻDes variations d·adhésion selon les conditions physico-chimique et biologique ȻLa concentration locale en cations divalents (Ca++, Mn++, Mg++..) facilite plus ou moins l·adhésion ȻLes Surfaces modifiées par du poly-éthylèneglycol (PEG) ou les groupements Arg-GlyAsp(RGD) facilite le degré d·adhésion.

IV. Formation du biofilm

Trois critères influencentOM IRUPMPLRQ G·XQ NLRILOP : ȻLe phénotype et le métabolisme bactérien

ȻIH P\SH HP O·pPMP GH surface

ȻI·HQYLURQQHPHQP SO\VLŃR-chimique et biologique. -Cinq étapes :

1-I·MGOpVLRQ LQLPLMOH QRQ VSpŃLILTXH) des micro-organismes avec une

entrée en contact avec la surface. Cette adhésion est réversible.

2-I·MGOpVLRQ LUUpYHUVLNOH avec la formation de colonie à la surface avec des

attachements par leurs organelles.

3-La colonisationavec deuxétapes de maturation:

* Une maturation primaire marquée par une croissanceen surface, la IRUPMPLRQ G·XQH PMPULŃH G·exopolymèressur laquelle se développe une fine monocouchede biofilm (10 µm) *Une maturation secondaire marquée par une croissanceen multicouches donnant un biofilm important (100 µm)

4-La dispersion/dissolution par rupture des liaisons inter-cellulaireset avec

OM PMPULŃH G·exopolymères.

-La formation, la croissance du biofilm comme la dissociation du biofilm sont GpSHQGMQP GH O·pTXLOLNUH HP GX JUMGLHQP GHV PROpŃXOHV NLRORJLTXHV ŃLUŃXOMQPHV autour et au sein du biofilm sous la forme Ȼde gradients de molécules signalsbactériennes assurant la croissance de certaines espèces (notion de quorum sensing) Ȼd·interactions entre molécules signalsbactériennes d·espèces diverses limitant ou favorisant la croissance (notion de quorum quenching)

1.L·adhésion des micro-organismes

-La premièreétape de la formation d·un biofilm est l·adsorptiondes molécules en solution liquide ou sur surface inerte (phénomène rapide). -La deuxièmeétape de la formation d·un biofilm est plus lente et se caractérise par l·adhésion des micro-organismes à la suite des interactions physico-chimiques des forces d·attraction (Van der Waals) et de répulsion (électrostatiques et acido-basiques). Cette formation aléatoire dépend du mouvement du fluide de transport qui modifie la distance d·interaction entre la cellule et la surface.quotesdbs_dbs1.pdfusesText_1