La Croissance Bactérienne

Croissance bactérienne

Placée dans un milieu neuf (in vitro ou in vivo), une bactérie doit d'abord effectuer certaines synthèses et éventuellement modifier le milieu ; ceci se traduit par une latence à la croissance pouvant atteindre plusieurs heures. Cette phase de latence est toujours plus longue in vivo.

La nutrition bactérienne

Comme tous les êtres vivants, les bactéries s'alimentent à partir du milieu extérieur. Certains de ces aliments servent de matériaux de construction, d'autres de source d'énergie nécessaire aux synthèses et à la vie de la bactérie. Lorsqu'il y a croissance bactérienne la ration énergétique doit être supérieure à celle indispensable à la survie de la bactérie. Cette ration d'entretien est extrêmement faible et ces faibles besoins expliquent la survie des bactéries dans les milieux extérieurs. Les besoins nutritifs des bactéries comprennent des besoins élémentaires : carbone, hydrogène, oxygène, azote etc..... des besoins énergétiques apportés pour la plupart des bactéries pathogènes par des sucres comme le glucose. Des besoins spécifiques en facteur de croissance qui peuvent être par exemple des vitamines dont la bactérie ne peut assurer la synthèse. Ces bactéries ayant des besoins spécifiques sont appelées Auxotrophes.

Conditions physio-chimiques de la croissance

Température

On distingue classiquement :

•  Des microorganismes mésophiles : optimum de croissance entre 20 et 40°C
•  Les thermophiles : optimum supérieur à 40°C
•  Les psychrophiles : optimum inférieur à 20°C
•  et même les cryophiles, culture possible à 4°C et en dessous

Les bactéries pathogènes de l'homme sont des mésophiles, avec un optimum aux environs de 37°C.

Les psychrophiles jouent un rôle important dans la dégradation des produits laitiers et dans la dégradation des aliments conservés au froid. Ils peuvent être responsables de troubles digestifs. 

pH

La plupart des bactéries demandent un milieu neutre ou légèrement alcalin (pH 7,5) certaines espèces pathogènes dont Vibrion, se cultivent bien en milieu très alcalin, les lactobacilles (flores du vagin par exemple) se développent à pH légèrement acide 6,3 à 6,5.

Pression osmotique

Les bactéries tolèrent de fortes variations de concentrations ioniques. Certaines sont très tolérantes ou même exigeantes en force ionique élevée, on les dénomme halophiles, et certaines bactéries halophiles sont pathogènes (Vibrion haemolyticus). Les germes halophiles et même les germes hyperhalophiles entraînent des dégradations des aliments (salaison). 

Pressions partielles d'oxygène

On distingue classiquement :

• - Les aérobies stricts (1) : ils ne peuvent vivre qu'en présence d'air, sont incapables de fermenter. L'oxygène moléculaire est l'accepteur final d'électrons de la chaîne respiratoire.
  - Les microaérophiles (2) : se développent mieux ou exclusivement lorsque la pression partielle d'oxygène est inférieure à celle de l'air.
  - Germes anaérobies facultatifs (3) : se multiplient avec ou sans air. Ce groupe comprend la majorité des bactéries d'intérêt médical.
  - Germes anaérobies stricts (4) : ils peuvent se développer uniquement en absence d'air. Ces bactéries fermentent les substrats. Le plus souvent l'oxygène est aussi toxique pour ces bactéries.
  
  Ci dessous représentation des croissances en milieu gélifié pour ces 4 catégories
  

                           

Deux moyens d'obtenir l'anaérobiose : par réduction de O2 et génération locale de H2 et dans une enceinte close en atmosphère réductrice.

Substances antibactériennes contenues dans le milieu

Certains produits chimiques modifient la croissance des bactéries en la ralentissant. Certaines de ces substances sont des inhibiteurs sélectifs de certaines bactéries et on les rajoute dans les milieux pour favoriser la multiplication des bactéries insensibles : c'est le principe des milieux sélectifs ou d'enrichissement.

Croissance des bactéries

En milieu solide

Une cellule bactérienne déposée sur une gélose nutritive, se développe et forme une colonie visible après 20 générations (10⁶ bactéries). Ces colonies bactériennes se répartissent en 3 types principaux : 

• Lisse (Smooth = S)
• Muqueux (M)
• Rugueux (rough = R)

L'aspect des colonies varie selon les espèces bactériennes permettant de les repérer au sein d'un produit polymicrobien après séparation sur milieu gélosé.

 Colonies rugueuses

Colonies lisses

Colonie lisses avec des secteurs

En milieu liquide

En milieu liquide, la plupart des bactéries donnent une croissance homogène dans le bouillon de culture. Ceci permet une étude de la croissance de ces bactéries. On peut de façon simple mesurer le nombre de cellules vivantes ou la concentration cellulaire totale. Ceci permet de décrire la courbe de croissance de la bactérie. On distingue 6 phases successives.

1 - Phase de latence : adaptation, synthèse des enzymes indispensables à la croissance.

2 - Phase d'accélération : les enzymes adaptatives ont été synthétisées mais à des vitesses différentes selon les bactéries, d'où un phénomène d'accélération de la croissance de la population qui atteint ensuite la phase exponentielle.

Croissance typique d'une bactérie en milieu liquide N est le nombre de bactéries, N0 est l'inoculum, N1 le nombre de bactéries en fin de phase d'accélération, N2, le nombre de bactéries en fin de phase exponentielle et Nf le nombre de bactéries final. 1 : Phase de latence ; 2 : phase d'accélération ; 3 : phase quasi-exponentielle ; 4 : phase de ralentissement ; 5 : phase stationnaire ; 6 : phase éventuelle de mortalité.

3) Après la phase de latence, la multiplication s'effectue à taux constant : la multiplication est exponentielle ou proche de celle-ci. On mesure la rapidité de croissance par le temps mis pour une bactérie pour se diviser (temps de génération), qui est aussi le temps que met une population bactérienne pour doubler (temps de doublement). Le taux de croissance correspond à l'inverse d'un temps de génération. Du fait de la carence nutritive (in vitro ), la croissance se ralentit ultérieurement puis s'arrête.

La phase de croissance assimilable à une exponentielle peut être très courte. In vitro, le temps de génération se mesure habituellement en minutes. In vivo, la croissance est le plus souvent très ralentie : la physiologie bactérienne n'est pas similaire. Les bactéries doivent lutter pour leur approvisionnement en nutriments, en fer, en vitamines mais aussi contre des produits antibactériens présents dans notre organisme tels que lysozyme et complément. Il faut aussi penser que, in vivo, la plupart des bactéries sont phagocytables par les macrophages et les polynucléaires. Sous l'action des antibiotiques la croissance pourra se ralentir (les temps de génération augmentent : c'est la bactériostase partielle), ou s'arrêter totalement (bactériostase).

Au laboratoire les croissances sont obtenues en bouillon de viande (ou similaire) nutritif, on obtient en fin de croissance un trouble visible à l'oeil (quand la densité bactérienne dépasse 5x10⁶ cellules/ml.

Sur un support (gélose) contenant des nutriments et ensemencé par frottement (pipette portant des bactéries) on obtient (voir ci-dessus) en fin de croissance des colonies (issues d'un ou quelques cellules).

Technique d'ensemencement sur gélose.

En résumé les colonies sont obtenues isolées

En ensemençant en nappe homogène on peut dénombrer les cellules initialement présentes car elles donne des colonies, on parle d'Unités-Formant-Colonies ou UFC car on n'est pas certain qu'une colonie ne soit pas issue d'un micro-amas.

Dénombrement par étalement sur gélose

Les bactéries forment des colonies dont l'aspect peut être rapidement évocateur, ici pas d'hémolyse sur gélose au sang à gauche, hémolyse à droite)

 

Les conditions de la croissance et la médecine

En médecine on connait le rôle déterminant de l'oxygène comme modulateur de la vie bactérienne. Les bactéries aérobies strictes sont capables de se développer en présence d'air, elles sont à la fois aérotolérantes et oxydatrices. Les bactéries aéro-anaérobies (la majorité des genres pathogènes) sont aérotolérantes et oxydatrices (quand de l'oxygène est présent) ou fermentatrices (en absence d'oxygène). Les bactéries anaéobies sont tuées par l'oxygène (mais certaines sont cependant capable de survivre assez longtemps à l'air libre) et fermentatrices. Il faut aussi penser que, in vivo, la plupart des bactéries sont phagocytables par les macrophages et les polynucléaires.

• Le temps de génération (de doublement) est modifié dans l'organisme :
  
  

  Temps de génération (Tg) in vitro et in vivo de quelques bactéries
  Bactérie	Tg in vitro (minutes)	Tg in vivo (heures)
  Escherichia coli	20-40	5
  Salmonella typhimurium	20-40	3-5
  Staphylococcus aureus	40	3-5
  Pseudomonas aeruginosa	40	4
  Vibrio cholerae	10	0.5-1
  Mycobacerium tuberculosis	120-240	48

Sous l'action des antibiotiques la croissance pourra se ralentir (les temps de génération augmentent c'est la bactériostase partielle), ou s'arrêter totalement (CMI).