Les micro-organismes sont des organismes microscopiques comme les bactéries, les champignons ou les algues. Il existe des microorganismes procaryotes et eucaryotes et tous nécessitent des conditions spécifiques pour être cultivés avec succès en laboratoire.
Lis notre article Eucaryotes et procaryotes pour en savoir plus sur ces deux types d'organismes !
Quelle est l'importance de la culture des micro-organismes et à quoi sert-elle ?
Essentiellement, en cultivant et en étudiant les micro-organismes, nous pouvons en apprendre davantage sur eux. En médecine, nouspouvons identifier les micro-organismes à l'origine d'une infection chez un patient malade en isolant et en cultivant tout micro-organisme présent dans un échantillon du patient. Lestests de culture bactériennesont souvent utilisés à cette fin pour aider à trouver des bactéries nocives dans le corps et diagnostiquer les infections bactériennes.En fait, les bactéries sont les micro-organismes les plus couramment cultivés en laboratoire. Deséchantillons de patients peuvent être prélevés, par exemple sur , du sang, de l'urine, des selles, du mucus, de la peau ou même du liquide céphalo-rachidien pour la culture de micro-organismes et la recherche.Cela permet aux médecins d'identifier le micro-organisme (c'est-à-dire la bactérie) et de décider de la meilleure façon de traiter l'infection. Lorsque nous cultivons des bactéries, nous pouvons tester leur sensibilité aux antibiotiques et traiter les infections en fonction de ces informations.
Nous pouvons utiliser les cultures bactériennes pour mesurer l'efficacité des antibiotiques, des antiseptiques ou des désinfectants en calculant la taille de la zone d'inhibition autour de la substance testée. La zone d'inhibition est la zone qui n'est pas colonisée par les bactéries en raison de la présence d'antibiotiques. Pour calculer cette zone, il suffit d'utiliser l'équation πr2. (aire du cercle où r est son rayon).
Lis notre article Utilisations des antibiotiques pour en savoir plus sur ces médicaments et sur la façon dont ils peuvent être utilisés pour traiter les infections bactériennes !
Outre le diagnostic des infections, la culture des micro-organismes est également importante, par exemple à des fins de recherche qui impliquent une manipulation génétique du micro-organisme, pour des études épidémiologiques ou pour développer des vaccins et d'autres thérapies.
La culture de micro-organismes est essentielle pour détecter d'éventuels contaminants alimentaires. Des bactéries nocives comme Salmonella et Campylobacter peuvent contaminer nos aliments et être responsables d'intoxications alimentaires. La microbiologie alimentaire joue un rôle important en matière de santé publique.
Enfin, la culture de micro-organismes a plusieurs applications importantes en biotechnologie. La biotechnologie microbienne joue un rôle important dans les secteurs de la santé, de l'agriculture, de la chimie, de l'énergie, de l'environnement et de l'alimentation.
Les cultures de bactéries et de levures (champignons) sont très importantes pour la production de nombreux aliments et boissons.
La culture de la levure est importante dans la fabrication de produits tels que la bière, le pain et le vin, tandis que la culture des bactéries est utilisée dans la fabrication du fromage et du yaourt. Ces micro-organismes sont utilisés par ces industries en raison de leur capacité à effectuer la fermentation. Au cours de ce processus, certaines levures et bactéries convertissent les sucres en sous-produits pertinents (éthanol, acide lactique) qui confèrent la texture et la saveur caractéristiques de ces produits et améliorent leur conservation.
Figure 1 . Fermentation du vin.
D'une manière générale, les micro-organismes présentent plusieurs caractéristiques qui expliquent pourquoi ils ont tant d'utilisations. Ces caractéristiques sont les suivantes
Grande capacité d'adaptation
Croissance rapide
Facilité de culture
Cultures de micro-organismes
La culture consiste à multiplier les micro-organismes de manière contrôlée et dans des conditions de laboratoire. Pour que la culture fonctionne, les scientifiques doivent être en mesure d'imiter les conditions environnementales nécessaires pour que ces micro-organismes puissent non seulement survivre mais aussi se développer en laboratoire. Tout ce dont le micro-organisme a besoin doit être fourni et contrôlé selon des normes optimisées. Lesconditions qui doivent être contrôlées pour que les cultures microbiennes réussissent sont les suivantes :
la température
le pH
la stérilité
les nutriments.
En microbiologie, la stérilité fait référence à l'absence de micro-organismes viables contaminants.
La croissance de chaque type de micro-organismes peut être optimisée en fournissant la meilleure gamme possible dans chacune de ces conditions. Cela permet de s'assurer que notre culture microbienne est en mesure de prospérer .Nous pouvons fournir des nutriments aux micro-organismes en utilisant un milieu de culture. Ce milieu peut se présenter sous forme liquide ou solide (gel). Il constitue la surface sur laquelle les micro-organismes se développent et contient tous les nutriments essentiels. Ceux-ci comprennent généralement des minéraux, une source d'azote (pour la production de protéines) et des hydrates de carbone (source d'énergie) ainsi que d'autres produits chimiques que les micro-organismes trouvent habituellement dans la nature.
Lesmicro-organismes ont généralement besoin de chaleur et d'oxygène pour pouvoir se développer, mais tous n'ont pas les mêmes exigences en matière de température et certains peuvent même se développer en l'absence d'oxygène ! Le pH est également important car il affecte la structure des macromolécules ; il doit donc être maintenu dans lafourchette préférée des micro-organismes .
Méthodes de culture et milieux en microbiologie
Les deux méthodes de culture les plus courantes consistent à utiliser des bouillons nutritifs dans des flacons stériles ou des plaques de gel d'agar. Le bouillon nutritif et le gel d'agar sont différents dans la mesure où, pour fabriquer le milieu gélosé, il suffit d'ajouter de l'agar au bouillon nutritif, de le faire fondre et de le solidifier dans une boîte de Pétri.
Solution de bouillon nutritif : Une solution qui contient des glucides pour l'énergie, de l'azote pour la synthèse des protéines ainsi que d'autres minéraux afin de fournir des conditions optimales pour la croissance des micro-organismes.
Plaque d'agar : Les bactéries sont étalées sur des plaques fabriquées en versant de l'agar fondu chaud dans des boîtes de Pétri stériles, qui durcit ensuite. Les bactéries forment des colonies sur la surface de la gélose.
Figure 2. Scientifique tenant une boîte de Petri.
Étapes de la colonisation des bactéries
Lors de la culture de bactéries dans des plaques d'agar, les étapes générales suivantes sont suivies :
L'échantillon est versé sur le milieu de culture.
L'échantillon est réparti uniformément sur le milieu de culture.
La plaque est incubée (maintenue au chaud) jusqu'à ce que des colonies de bactéries se développent à la surface du milieu/de l'agar.
En microbiologie, il est très important que les cultures microbiennes pures ne soient pas contaminées par d'autres micro-organismes. Il y a plusieurs raisons à cela :
Tu ne veux pas que les bactéries entrent en compétition avec les bactéries contaminantes pour les nutriments.
Certains micro-organismes, comme les agents pathogènes, sont très nocifs et tu ne voudrais pas qu'ils soient cultivés.
Il est important que les résultats soient aussi fiables et valides que possible lorsque l'on teste, par exemple, l'efficacité de certains antibiotiques ou d'autres produits chimiques. Pour obtenir des cultures de micro-organismes non contaminées, les scientifiques utilisent des techniques aseptiques.
Les techniques aseptiques sont desprocédures de laboratoire mises en œuvre pour éviter la contamination des cultures pures de micro-organismes.
Techniques aseptiques
Plusieurs techniques aseptiques standard de laboratoire sont décrites ci-dessous, ainsi que la façon dont elles permettent de garder le matériel stérile et les cultures microbiennes pures.
| Technique | Pourquoi l'utilise-t-on ? |
| Le travail s'effectue devant un bec bunsen à flamme jaune. | Un courant de convection est créé au-dessus de la paillasse, ce qui signifie que l'air n'est pas contaminé. |
| Les boîtes de Petri et le gel de gélose doivent être stérilisés avant utilisation à l'aide d'un autoclave ou en achetant des boîtes de Petri en plastique pré-stérilisées. | Tous les micro-organismes potentiels qui pourraient compromettre l'expérience sont tués. |
| La boucle d'inoculation est chauffée au rouge dans une flamme bunsen, avant et après utilisation. | Les micro-organismes présents sur la boucle sont tués pour éviter toute contamination. |
| Le couvercle de la plaque de gélose est scotché à intervalles réguliers. | Cela permet à l'oxygène de pénétrer, de sorte que les bactéries anaérobies nocives (bactéries qui n'ont pas besoin d'oxygène pour se développer) ne peuvent pas se développer. |
| Le goulot de la bouteille de micro-organismes est placé dans la flamme. | Cela tue les micro-organismes qui pourraient se trouver sur le goulot de la bouteille. |
| Conserve la boîte de Petri à l'envers pendant l'incubation. | Cela empêche la condensation de couler sur la gélose. |
| Les cultures ne doivent pas être incubées à plus de 25ºC dans les écoles. | Les agents pathogènes nocifs qui se développent à des températures plus élevées ne peuvent pas se développer. |
| Agite la suspension bactérienne plutôt que de la secouer pour t'assurer que la culture est bien mélangée. | Assure-toi que les bactéries ne se trouvent pas toutes au fond du récipient. |
Figure 2 - Techniques aseptiques
Les règles générales de laboratoire, comme l'utilisation de gants et de blouses, le débarrassage de l'espace de travail de tout objet non essentiel et le nettoyage fréquent des surfaces du laboratoire, contribuent non seulement à la sécurité des scientifiques, mais aussi à la prévention de la contamination de leurs cultures. La contamination des cultures microbiennes peut provenir de bactéries présentes sur notre peau, de l'air, du sol ou de l'eau, car les micro-organismes, en particulier les bactéries, sont partout !
Lesautoclaves sont des récipients chauffés, une sorte de four spécial, utilisés pour stériliser le matériel à l'aide de vapeur à haute pression .
Lesbrûleurs Bunsen sont des brûleurs à gaz généralement utilisés comme sources de chaleur dans les paillasses de laboratoire.
Lesboucles d'inoculation sont utilisées pour inoculer ou étaler un échantillon comme les bactéries sur la plaque de gélose.
Les 5 I de la culture des micro-organismes
La culture des micro-organismes (bactéries) suit le principe des 5 I :
- L'inoculation : Introduction de l'échantillon dans un milieu de culture en utilisant des techniques aseptiques.
- Incubation : Cultiver des microbes dans des conditions favorables appropriées, comme la bonne température.
- Isolement : Séparation des différentes espèces de microbes.
- Inspection : Observation des caractéristiques microbiennes.
- Identification : Utilisation des données recueillies lors de l'étape d'inspection pour identifier le microorganisme.
Caractéristiques des cultures
Les cellules bactériennes individuelles sont trop petites pour être observées sans microscope, mais dans les conditions idéales d'une plaque de gélose, les cellules se divisent plusieurs fois pour former une colonie facilement visible. En effet, les bactéries se divisent rapidement par fission binaire.
La fission binaire est une forme simple de division cellulaire dans laquelle les bactéries répliquent leur ADN et se divisent. C'est une forme de reproduction asexuée qui peut s'effectuer aussi rapidement que toutes les 20 minutes (ce temps peut toutefois varier et est appelé temps moyen de division). En partant d'une bactérie, au bout de 20 minutes, il y en a 2, au bout de 40 minutes, il y en a 4, au bout d'une heure, il y en a 8 et ainsi de suite !
Reproduction asexuée : Un type de reproduction qui n'implique pas la fusion des gamètes ou le changement du nombre de chromosomes.
Il existe une façon très simple de calculer le nombre de bactéries dans une population :
1. Calcule combien de fois les bactéries se diviseront dans un laps de temps donné :
En supposant que le temps de division est de 20min, divise cette période par 20.
Par exemple, en 8 heures de croissance bactérienne, les bactéries se diviseront 3 fois toutes les heures (8 3 = 24 divisions).
2. Calcule le nombre total de bactéries en utilisant la formule :
Nombre de bactéries au départ 2(nombre de divisions).
En suivant l'exemple précédent, 1 224 = 16, 777, 216 bactéries sont présentes après 8 heures.
Culture des micro-organismes - Points clés à retenir
- Les micro-organismes sont des organismes microscopiques comme les bactéries, les champignons ou les algues. Ils nécessitent des conditions spécifiques pour être cultivés en laboratoire.
- En cultivant et enétudiant les micro-organismes à l'adresse , nous pouvons en apprendre davantage sur eux. Par exemple, leur sensibilité aux antibiotiques et la façon dont nous pouvons traiter les maladies qu'ils provoquent.
- La culture consiste à multiplier les micro-organismes de manière contrôlée et dans des conditions de laboratoire.
- Lesdeux méthodes de culture les plus courantes consistent à utiliser des bouillons nutritifs dans des flacons stériles ou des plaques de gel d'agar.
- Les micro-organismes sont très utiles pour les raisons suivantes :
Ils sont très adaptables
Ils poussent rapidement
Ils sont faciles à cultiver
Références
- Figure 2 : Boîte de Pétri (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Petri_dish_at_the_Pacific_Northwest_National_Laboratory_high_res.tif) par le Pacific Northwest National Laboratory, Département de l'énergie des États-Unis. Domaine public.
- Figure 1 : Fermentation du vin (https://www.flickr.com/photos/20721230@N00/4003299453) par Ian Brown (https://www.flickr.com/photos/igb/). Licence CC BY 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/deed.en).
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