Introduction
Tous les microorganismes se multiplient à partir des nutriments présents dans le milieu de culture. Ils ont besoins d'eau, de sources d'énergie, de carbone, d'azote et de minéraux.
Les facteurs de croissance sont des métabolites essentiels apportés au cours de leur croissance. Ils sont différents selon la nature des besoins. Ces besoins dépendent des types trophiques.
I.Besoins nutritifs courants des bactéries
95% du poids sec des bactéries est composé de carbone, d'oxygène, d'hydrogène, d'azote, de soufre, de phosphore, de potassium, magnésium et de fer. Ce sont les macroéléments.
Le carbone, l'oxygène, l?hydrogène, l'azote, le soufre et le phosphore sont les constituants des glucides, les lipides, les protéines et les acides nucléiques.
Le potassium, le calcium, le magnésium et le fer existent à l'état de cations.
Potassium : nécessaire à l?activité des enzymes
Calcium : contribue à la thermo-résistance des bactéries
Magnésium : cofacteur de nombreuses enzymes, forme un complexe avec l'ATP, stabilise les ribosomes et les membranes cellulaires.
Fer : Synthèse des cytochromes, cofacteur d?enzymes et des transporteurs d'e-.
1) Besoin en oligoéléments
Ce sont le manganèse, le zinc, le cobalt, le molybdate, le nickel et le cuivre.
La plupart des cellules nécessite ces oligoéléments en quantité faible.
Les besoins en éléments majeurs sont de l'ordre du g/L.
Les besoins en éléments mineurs sont de l'ordre du mg/L.
Les besoins en oligoéléments sont de l'ordre du g/L.
La plupart des microorganismes vont avoir des besoins spécifiques selon leur morphologie et leur environnement (par exemple, les diatomées ont besoin de silice et les bactéries de lacs salins ont besoin de fortes concentrations en ions sodiques).
2) Besoin en carbone, oxygène et hydrogène
Le carbone :
Il est nécessaire à la formation du squelette de toute molécule organique.
Les molécules servant de source de carbone apportent souvent l'oxygène et l'hydrogène, sauf dans le cas du CO2.
La plupart des microorganismes peut absorber le CO2, le réduire et l'incorporer dans des molécules organiques.
Les organismes qui utilisent le CO2 comme principale source de carbone sont des organismes autotrophes.
C'est un mécanisme très coûteux en énergie, donc les microorganismes se développent grâce à des molécules complexes plus réduites.
Les organismes capables d?utiliser ces molécules sont des hétérotrophes. Ils utilisent ces molécules comme sources de carbone et d?énergie.
Ils ont une grande flexibilité en ce qui concerne les sources de carbone, ils ont donc des besoins nutritifs très différents selon les espèces.
Au sein d'une même espèce, il y a des mutations qui permettent d'utiliser des sources de carbones différentes.
Un organisme qui utilise la même source de carbone que la majorité de son espèce est un organisme prototrophe.
Un mutant prototrophe qui a perdu la capacité de synthétiser un nutriment essentiel et auxquels on doit fournir cet élément est appelé auxotrophe.
Types nutritionnels :
Tout organisme a besoin de sources d?énergie, d'hydrogène et d'électrons pour sa croissance.
Il y a 2 sources d?énergie possible : l?énergie lumineuse captée durant la photosynthèse et l'énergie provenant de l'oxydation des molécules organiques et inorganiques.
Les classes d'organismes :
- Les phototrophes qui utilisent la lumière comme source d'énergie.
- Les chimiotrophes qui utilisent l'oxydation des composés chimiques organiques ou inorganiques.
- Les lithotrophes qui utilisent les substances inorganiques réduites comme source d'énergie.
- Les organotrophes qui extraient les électrons et l'hydrogène des composants organiques.
On fait un classement en 4 classes nutritionnelles sur la base des sources primaires en énergie, en hydrogène, et/ou en électron et en carbone.
Catégories nutritionnelles :
- Autotrophes et photolithotrophes : ils utilisent l'énergie lumineuse et un donneur inorganique d'hydrogène et le CO2 comme source de carbone. Par exemple les microalgues, les bactéries sulfureuses pourpres ou vertes et les cyanobactéries.
- Hétérotrophes photoorganotrophes : Ils utilisent l'énergie lumineuse, un donneur organique d'hydrogène et une source organique de carbone. Par exemple les bactéries non sulfureuse pourpre et verte.
- Autotrophes chimiolithotrophes : Ils utilisent des sources chimiques d'énergie, un donneur inorganique d'hydrogène et le CO2 comme source de carbone. Par exemple les bactéries qui oxydent le soufre, qui oxyde l'hydrogène, les bactéries nitrifiantes et les bactéries du fer.
- Hétérotrophes chimioorganotrophes : Ils utilisent une source chimique d'énergie, un donneur organique d'hydrogène et des sources organiques de carbone. Par exemple les protozoaires et les bactéries non photosynthétiques.
Il existe aussi des bactéries qui utilisent des sources inorganiques pour l'énergie et organique pour le carbone : ce sont des organismes mixotrophes.
3) Besoins en azote, phosphore et soufre:
Les microorganismes ont besoin de grandes quantités d'azote, de phosphore et de soufre pour leur croissance. La plupart du temps les sources sont inorganiques.
- L'azote sert à la synthèse des acides aminés, des bases puriques et pyrimidiques, de certains glucides, lipides et cofacteurs enzymatiques.
- Le phosphore sert à la synthèse des acides nucléiques, des phospholipides, des nucléotides, de certains cofacteurs, de certaines protéines et d'autres composants cellulaires.
- Le soufre sert à la synthèse de la cystéine et de la méthionine, de quelques glucides, de la biotine et de la thiamine.
4) Facteurs de croissance
En complément des éléments de bases, certaines bactéries exigent pour leur développement la présence de substances organiques qu'elles sont incapables de synthétiser, ce sont les facteurs de croissance.
Les facteurs de croissances sont des facteurs limitants de la croissance, ils agissent spécifiquement et englobent 3 catégories de substances :
- Les acides aminés : ils ont un rôle dans la synthèse des protéines (actives à 25 mg/L).
- Les bases puriques et pyrimidiques : élaborations des acides nucléiques (actives à 10 ng/L).
- Les vitamines : précurseurs et/ou coenzymes (actives à 1 à 24 g/L).
Dosage microbiologique des facteurs de croissance
La croissance d'un microorganisme exigeant un facteur de croissance peut être proportionnel à la concentration de ce facteur.
La connaissance de cette relation de cette proportionnalité permet le dosage par voie microbiologique.
Syntrophie :
Les besoins en facteurs de croissance d'une espèce microbienne peuvent quelques fois être satisfait par la présence d'une espèce qui le synthétise.
5) Absorption des nutriments
La première étape est l'absorption par la cellule microbienne.
C'est un mécanisme d'absorption spécifique car seules les substances nécessaires sont absorbées.
La plupart des microorganismes vivent dan des endroits pauvres en nutriments. Ils doivent être capables de transporter les nutriments dans la cellule à partir de solutions très diluées et souvent contre le gradient de concentration.
Les molécules doivent traverser la membrane plasmique sélective qui, souvent, empêche le libre passage de la plupart des substances.
