Notes rapides sur la microbiologie

Voici une compilation de notes sur la microbiologie. Après avoir lu ces notes, vous apprendrez: 1. La signification de la microbiologie 2. L'histoire de la microbiologie 3. L'âge d'or 4. La microbiologie au XXe siècle 5. La microbiologie en Inde 6. Les branches 7. Les microbes en microbiologie environnementale 8. Les applications informatiques 9. Les algues 10. Champignons 11. Bactéries 12. Virus 13. Instrumentation.

Contenu:

Notes sur le sens de la microbiologie
Notes sur l'histoire de la microbiologie
Notes sur l'ère d'or de la microbiologie (1860-1910)
Notes sur la microbiologie au 20e siècle
Notes sur la microbiologie en Inde
Notes sur les branches de la microbiologie
Notes sur les microbes en microbiologie environnementale
Notes sur les applications informatiques en microbiologie
Notes sur les algues en microbiologie
Notes sur les champignons en microbiologie
Notes sur les bactéries en microbiologie
Notes sur le virus en microbiologie
Notes sur l'instrumentation de la microbiologie

Note # 1. Signification de la microbiologie:

Microbiologie signifie littéralement la science des micro-organismes. Les micro-organismes ou microbes - comme on les appelle parfois - sont de telles formes vivantes, trop petites pour être vues par l'œil humain sans aide. L'œil humain ayant une vision normale est incapable de voir clairement un objet dont la dimension est inférieure à 0, 2 mm. En général, les micro-organismes sont beaucoup plus petits que 0, 2 mm et sont donc invisibles à l'œil nu.

De nombreux types de corps vivants entrent dans la catégorie des microorganismes. Ils comprennent non seulement tous les organismes unicellulaires comme les bactéries, les protozoaires, les amibes, les algues simples et les champignons, les petites formes multicellulaires comme les moisissures, les algues filamenteuses, les moisissures visqueuses, etc., mais également les entités biologiques acellulaires, comme les virus, les viroïdes et les protéines infectieuses récemment découvertes, appelé prions.

La question de savoir si ces formes acellulaires peuvent être considérées comme des micro-organismes est une question discutable, mais il n’ya aucune différence d’opinion selon laquelle elles relèvent de la microbiologie. Les micro-organismes cellulaires sont généralement mesurés en unités de micromètre (µm ou simplement µ), ce qui correspond à un millième de millimètre. Les formes acellulaires sont beaucoup plus petites et, par conséquent, elles sont mesurées en unités de nanomètre (nm), ce qui correspond à un millième du Jim.

Les dimensions de quelques formes cellulaires et acellulaires sélectionnées sont indiquées dans le tableau ci-dessous:

Bien que certains virus soient extrêmement petits, les viroïdes le sont encore moins. Ce sont des molécules d'ARN circulaires monocaténaires de 250 à 370 nucléotides. De même, les prions sont des protéines ayant des poids moléculaires d'environ 30 à 35 000. Tous les viroïdes connus jusqu'à présent provoquent des maladies chez les plantes, alors que les prions infectent tous les animaux, y compris l'homme.

Ainsi, il est évident que le monde microbien comprend un ensemble extrêmement diversifié de formes vivantes. Ce monde invisible diffère si nettement du monde vivant visible qui nous est familier qu’en 1866 déjà Haeckel (1834-1919) les séparait dans un royaume appelé Protista, distinct des animaux et des plantes.

Les protistes sont pour la plupart unicellulaires et de structure plus simple que les plantes et les animaux. Plus tard, il a été reconnu que toutes les cellules biologiques avaient fondamentalement l’un ou l’autre des deux types d’organisation, eucaryotes ou procaryotes. Les microbes cellulaires sont également divisibles en types eucaryotes et procaryotes, tels que les micro-champignons, les microalgues, les protozoaires, les amibes, etc., sont eucaryotes, alors que les bactéries et les cyanobactéries (auparavant incluses dans les algues comme Cyanophycées) sont procaryotes.

Dans les années 1970, les procaryotes ont été divisés en deux domaines, l’Eubacteria et l’Archaebacteria. Les virus, les viroïdes et les prions sont acellulaires. Ils ne sont donc ni procaryotes ni eucaryotes. Ce monde microbien est non seulement très diversifié, mais aussi vaste et la plupart de ce monde invisible nous est encore inconnu.

Les scientifiques affirment que jusqu'à présent, seules 4 000 espèces de bactéries ont été cultivées et étudiées. Encore moins d’espèces d’archaébactéries et de microbes eucaryotes ont été nommées. Cela représente probablement moins de 1% du nombre total de microbes.

Ainsi, une grande majorité de microbes nous est encore inconnue. En revanche, nos connaissances sur les plantes et les mammifères sont plus satisfaisantes. Plus de la moitié du nombre estimé d'espèces sont connues. L'une des principales raisons de cette divergence dans nos connaissances est évidemment le fait que notre connaissance du monde microbien a commencé beaucoup plus tard que celle du monde visible. Une autre raison tient à leur petite taille et aux difficultés techniques rencontrées pour les manipuler.

Cependant, la diversité microbienne est plus répandue que celle des organismes supérieurs. Il y a plusieurs raisons à cela. Une des raisons évidentes est que les microbes sont apparus beaucoup plus tôt sur notre planète que les plantes et les animaux (Fig. 1.1).

Au cours de leur longue histoire évolutive, ils ont non seulement eu beaucoup plus de temps pour se diversifier que d’autres, mais ils ont également eu la chance de connaître de nombreuses phases de changements climatiques traversées par la Terre. De plus, les microbes étant les seuls occupants de la jeune planète, ils n'ont pas eu à faire face à la concurrence pour accéder à tous les sites possibles assurant leur subsistance.

Bien qu'il soit généralement admis que les procaryotes ont été les premiers à coloniser cette planète, la nature des premiers organismes, leur époque d'apparition et, plus important encore, comment ils ont été créés ne sont pas encore connus. L'âge de la Terre est d'environ 4, 5 x 10 ⁹ ans.

Les scientifiques pensent que les premières cellules vivantes sont apparues entre 3, 7 et 3, 8 x 10 ⁹ ans à partir de maintenant. Cela signifie que la vie est apparue moins d'un milliard d'années après la création de la Terre. Malheureusement, les premiers organismes n’ont laissé aucun registre de fossiles définitif nous donnant aucune information sur leur nature.

On pense que certaines roches stratifiées formées par incorporation de matières minérales et de tapis microbiens, appelées stromatolites, remontent à environ 3, 5 x 10 ⁹ ans. Les composants microbiens des stromatolites ressemblent aux cyanobactéries.

Même si les cyanobactéries sont des organismes procaryotes, la difficulté de les accepter comme organismes cellulaires les plus primitifs réside dans le fait qu’ils sont aérobies et que la Terre primitive n’aurait pas d’oxygène libre pour soutenir une vie aérobie. L'oxygène gazeux présent dans l'atmosphère est un sous-produit de la photosynthèse réalisée par les plantes vertes et les cyanobactéries.

Par conséquent, on pense que les premiers organismes vivants étaient anaérobies et produisaient de l'énergie pour leurs activités vitales par fermentation. Comme la plupart des eucaryotes sont aérobies, leur évolution n'aurait pu commencer qu'après l'apparition de l'oxygène libre par la photosynthèse.

Les scientifiques pensent que les protozoaires ont été les premiers à apparaître parmi les microbes eucaryotes. Puisqu'il existe également des protozoaires anaérobies, ils pourraient être apparus avant même l'évolution de la photosynthèse oxygénique. L'état de nos connaissances sur l'origine de la vie sur Terre est presque aussi vague.

L'hypothèse de Haldane-Oparin est la plus connue et la plus acceptée scientifiquement. Cette hypothèse est que, dans les conditions prévalant sur notre jeune planète primitive, la vie est apparue de novo à partir des composés organiques qui se sont accumulés dans les océans.

Les composés organiques de complexité croissante ont été produits à partir de composés aussi simples que le méthane, l'ammoniac, le dioxyde de carbone, l'eau, etc. Ces composés - supposés être présents dans l'atmosphère de la terre primitive - ont réagi les uns avec les autres pour produire les composés organiques simples.

Les facteurs qui auraient pu jouer un rôle important dans la production de molécules organiques complexes sont l’absence d’oxygène libre, la lumière ultraviolette émise par le soleil atteignant la surface de la Terre en raison de l’absence de couche d’ozone et les décharges électriques fréquentes et violentes dans les régions primitives. atmosphère.

Ces composés se sont accumulés dans les océans pour atteindre une concentration si élevée qu'ils ont interagi les uns avec les autres pour former le premier système autoréplicant. Les expériences menées par Miller et Urey en 1953 et des expériences similaires menées par des scientifiques ont prouvé qu'il était tout à fait possible de produire en laboratoire des composés organiques à partir d'ingrédients aussi simples que H2, NH ₃, CH ₄ et de l'eau en créant des conditions artificielles censé avoir existé dans la terre primitive.

Les expériences de Miller et Urey, par exemple, ont montré que plus de 10% du carbone contenu dans le méthane pouvait être converti en molécules organiques comprenant des acides organiques, des acides gras, des aldéhydes et plusieurs acides aminés, tels que la glycine, l'alanine, l'acide aspartique, la valine et la leucine.

Des expériences ultérieures avec différents matériaux de départ et sources d'énergie ont donné des molécules plus complexes et biologiquement significatives, telles que les sucres, les purines, la pyrimidine et même l'ATP. Cette hypothèse envisage une longue période d'évolution chimique précédant celle de la première cellule biologique. En l'absence de preuve géologique des formes précoculaires, l'apparition d'une cellule biologique avec toutes ses complexités structurelles et fonctionnelles semble abrupte.

Une deuxième hypothèse, appelée théorie pansperméenne, soutient que la vie n’est pas née sur cette planète, mais que la "graine" de la vie est venue d’une source extraterrestre et a prospéré ici dans des conditions hospitalières.

Nombreux sont ceux qui pensent que la planète Mars est probablement le corps extraterrestre d'où les forces de la vie auraient pu être attirées vers la Terre par l'attraction gravitationnelle du soleil, car son orbite est plus proche du soleil que celle de Mars.

Le raisonnement sous-jacent à cette hypothèse est que Mars - étant plus petit et plus éloigné de la Terre que le soleil - s'est refroidi plus tôt et avait probablement de l'eau à cette époque qui aurait pu soutenir une forme de vie. La collision de grandes météorites avec des planètes était une caractéristique habituelle des seuls jours de toutes les planètes, appelée «phase de bombardement».

De tels impacts pourraient avoir délogé des fragments de la surface de Mars contenant des graines de la vie. Certains d'entre eux auraient pu atteindre la Terre et se multiplier dans des conditions favorables pour entamer leur évolution biologique. La théorie pansperméenne est en grande partie spéculative. Jusqu'à présent, aucune preuve de la présence de toute forme de vie sur Mars n'a été obtenue, mais très récemment, la preuve de la présence d'eau dans le passé a été obtenue.

Quelle que soit la manière dont la vie a pu naître sur la terre, il n’ya aucun doute sur le fait que les procaryotes ont précédé les eucaryotes. La question qui se pose naturellement est de savoir comment une cellule eucaryote a évolué à partir d'une cellule procaryote? Une cellule eucaryote diffère à bien des égards d'une cellule procaryote. Parmi ces différences, la présence d'organites cellulaires liées à la double membrane est d'un intérêt particulier.

Certaines personnes croient que les mitochondries et les chloroplastes trouvés dans les cellules eucaryotes ont évolué à partir d'une bactérie aérobie et d'une cyanobactérie, respectivement, qui ont été engloutis, suivis de l'établissement d'une relation symbiotique permanente. L'organisme englobant était une amibe ou probablement une bactérie perdue ou dépourvue de paroi cellulaire.

Cette idée est incarnée dans l'hypothèse endosymbiotique. Cela n'explique cependant pas comment le noyau lié à la double membrane ou d'autres structures de cellules eucaryotes ont évolué. L’hypothèse endosymbiotique s’appuie sur les similitudes entre les chloroplastes et les cyanobactéries. Les deux effectuent une photosynthèse oxygénique dégageant de l'oxygène à partir de l'eau en utilisant un mécanisme similaire.

Les deux se répliquent d'elles-mêmes avec leur matériel génétique sous forme d'ADN circulaire. Les deux ont des ribosomes 70S et une inhibition de la synthèse des protéines par la streptomycine. L'analyse des séquences géniques ribosomales des chloroplastes et des cyanobactéries a révélé une similitude étroite. L'inhibition de la duplication levure-mitochondrie par l'érythromycine et le chloramphénicol révèle une similitude avec un comportement similaire de bactéries.

Note # 2. Histoire de la microbiologie:

L’histoire de la microbiologie est un récit continu du progrès - comme toute autre histoire - et il est difficile de délimiter les différentes phases. Depuis les années 1940, les micro-organismes ont commencé à être utilisés de plus en plus comme matériel expérimental pour l'étude des processus fondamentaux de la vie, tels que la génétique et la biochimie. Les microorganismes sont faciles à cultiver en laboratoire dans des conditions contrôlées.

Un grand nombre d'individus génétiquement uniformes peuvent être obtenus dans un délai relativement court. En raison de leur rapport surface / volume élevé, les microorganismes ont un taux métabolique beaucoup plus élevé que les organismes supérieurs. Les microorganismes, en particulier les bactéries unicellulaires, possèdent une grande souplesse métabolique.

Ces attributs ont incité les scientifiques à les utiliser comme matériel d'étude. De plus, au cours du premier quart du XXe siècle, la similarité des processus fondamentaux de la vie chez tous les organismes vivants a commencé à être comprise, ce qui a donné naissance au concept d’unité de la biochimie.

Les développements en microbiologie et dans les domaines connexes ont été si rapides et diversifiés que seules certaines des contributions remarquables peuvent être mentionnées. En 1941, GW Beadle et EL Tatum ont pu isoler des mutants auxotrophes de Neurospora crassa, un champignon ascomycète.

De tels mutants ont obligé à ajouter un ou plusieurs facteurs de croissance dans le milieu de culture, bien que le type parental puisse croître sans les facteurs de croissance. Le besoin en facteur de croissance chez les mutants s'est développé en raison d'un changement du gène qui contrôlait la synthèse du facteur de croissance particulier. Beadle et Tatum ont fondé leur fameuse hypothèse «un gène - une enzyme» sur la base de leurs études. Ils ont reçu le prix Nobel pour leur travail en 1958.

F. Griffith (1928) a découvert une transformation chez les pneumocoques. Les pneumocoques restent par paires (diplo-coccus) et il en existe deux types. Dans un type, une paire de cocci est entourée d'un épais revêtement de polysaccharide, appelé capsule. L'autre type est sans la capsule. La présence ou l'absence de capsule est un caractère génétique stable.

Il est important de noter que les pneumocoques encapsulés sont des pneumonies causant des pathogènes, alors que les pneumocoques non encapsulés sont avirulents. Ceci a été testé par Griffith en injectant des cellules vivantes à des souris expérimentales. Les animaux recevant des pneumocoques virulents vivants sont morts et ceux recevant du type non virulent ont survécu. C'était prévu. Lorsque les bactéries virulentes ont été détruites par la chaleur, puis injectées à des souris, les animaux ont survécu.

C'était aussi prévu. Ensuite, Griffith a injecté un pneumocoque virulent tué par la chaleur et un pneumocoque vivant avirulent. Quelque chose d'inattendu s'est passé. Les animaux injectés sont morts. Des poumons de souris mortes, Griffith pourrait isoler des pneumocoques encapsulés vivants. Il a conclu que «quelque chose» était passé des bactéries virulentes mortes aux bactéries avirulentes vivantes, les transformant en pneumocoques virulents encapsulés. Le phénomène s'appelait transformation.

La nature du principe de transformation est restée inconnue jusqu'en 1944, quand OT Avery et son collègue ont découvert qu'il s'agissait d'acide désoxyribonucléique (ADN). C'était une découverte d'une grande importance car c'était la première preuve pour prouver que l'ADN était le matériel génétique. Le phénomène de transformation s'est révélé être le premier mécanisme permettant l'échange génétique dans les bactéries.

En 1946, J. Lederberg et EL Tatum ont découvert chez Escherichia coli que le matériel génétique pouvait passer d'une bactérie à une autre par conjugaison directe de deux cellules. Ils ont prouvé que le contact direct entre les cellules du donneur et celles du receveur était essentiel à la conjugaison. La microscopie électronique a révélé que les deux cellules étaient reliées par un tube de conjugaison étroit.

En étudiant le mécanisme de la conjugaison chez E. Coli, F. Jacob et EL Wollman (1952) ont découvert qu'il existait deux types d'accouplement, le donneur (homme) et le receveur (femme). Le matériel génétique est passé du donneur au receveur par le tube de conjugaison. Finalement, W. Hayes a découvert que la capacité d’une bactérie E. coli à agir en tant que donneur était déterminée par la présence d’un fragment d’ADN extra chromosomique, le facteur de fertilité (F). Les bactéries receveuses n'avaient pas le facteur F.

Encore un autre mode d'échange génétique chez les bactéries a été découvert par J. Lederberg et N. Zinder (1952) chez Salmonella typhimurium. Ils ont découvert que le matériel génétique pouvait être transféré par un bactériophage tempéré (bactérie attaquant le virus). Le phénomène d'échange de matériel génétique via un bactériophage a été appelé transduction.

Lors de la transduction, un petit morceau de chromosome bactérien est incorporé à l'ADN du phage. Lorsqu'un tel phage est libéré de la cellule bactérienne et attaque une autre cellule bactérienne, il injecte son ADN contenant le fragment d'ADN bactérien incorporé dans le nouvel hôte.

Au début de 1950, A. Lwoff découvrit le phénomène de la lysogénie. Les bactériophages tempérés ne provoquent pas de lyse immédiate de la cellule bactérienne de l'hôte comme les bactériophages lytiques. Au lieu de cela, ils entrent dans un état de lysogénie, une sorte de coexistence pacifique pour plusieurs générations.

En 1952, AD Hershey et M. Chase ont démontré, au moyen d’une expérience classique et élégante, qu’un bactériophage infecte une cellule bactérienne en injectant son ADN dans la bactérie hôte, tandis que son enveloppe protéique reste à l’extérieur. Ils l'ont prouvé en générant deux séries de particules de phage dont l'une avait son enveloppe protéique marquée au soufre radioactif ( ³⁵ S) et l'autre son ADN marqué au phosphore radioactif ( ³² P).

Ils ont été autorisés à infecter E. coli séparément et après un certain temps, les phages liés aux bactéries ont été retirés. Il a été observé que les phages marqués au 32P transféraient la radioactivité à la bactérie, mais pas les phages marqués au 35S, ce qui montre que l'acide nucléique est entré dans la bactérie et que l'enveloppe protéique ne le fait pas.

Un événement qui a profondément influencé le monde scientifique tout entier depuis son annonce en 1953 a été le modèle de double hélice de l'ADN proposé par JD Watson et FHC Crick. Le modèle était basé sur des données analytiques chimiques et des diagrammes de diffraction des rayons X de l'ADN obtenus par plusieurs autres travailleurs. Watson et Crick ont ajusté ces données pour construire un modèle théorique de la structure de l'ADN.

La double hélice est constituée de deux chaînes polynucléotidiques imbriquées l'une dans l'autre et maintenues ensemble par des liaisons hydrogène entre des paires de bases d'acide nucléique. Chaque paire contenait une base de purine et de pyrimidine. Il y a deux purines - l'adénine et la guanine, et deux pyrimidines - la thymine et la cytosine. Les paires normales étaient l'adénine-thymine et la guanine-cytosine. Les brins polynucléotidiques avaient une polarité, c'est-à-dire une tête et une queue, et les deux brins étaient antiparallèles.

En 1958, M. Meselsohn et FW Stahl ont prouvé par une expérience élégante que les molécules d’ADN se répliquaient pour produire deux molécules filles exactement similaires par un mécanisme semi-conservateur, ce qui signifie que chaque molécule fille contient un brin de la molécule d’ADN parent tandis que l’autre est nouvellement synthétisé. À la fin des années 50, le rôle de l'ADN en tant que matériel génétique universel et en tant que réserve d'informations génétiques (à l'exception de quelques virus à ARN) était bien reconnu.

La compréhension de l'action des gènes, c'est-à-dire comment un organisme utilise l'information génétique pour produire des protéines enzymatiques destinées à catalyser différentes réactions biochimiques, a également commencé dans les années 1950. Sanger et ses collègues (1954) ont déterminé la séquence d'acides aminés de l'insuline, une hormone polypeptidique relativement simple ne contenant que 51 acides aminés.

Progressivement, une analyse de séquence de protéines plus complexes telles que la ribonucléase (124 acides aminés), la protéine d'enveloppe du TMV (158 acides aminés), l'hémoglobine (574 acides aminés), etc. a été réalisée. Il a été rapidement reconnu que pour chaque protéine, la séquence d'acides aminés est fixée et qu'une modification de la séquence pourrait entraîner un dysfonctionnement de la protéine en question.

La compréhension du mécanisme par lequel la séquence d'acides aminés de différentes protéines est maintenue est devenue une question centrale. Plusieurs découvertes importantes ont rendu cette compréhension possible. Les ribosomes ont été découverts par Claude (1943) dans des cellules animales et par Schachman et son associé (1952) dans des bactéries.

Zamenik et Hoagland (1953> ont découvert l'ARN de transfert et Volkin et Astrachan (1957) ont découvert l'ARN messager chez E. coli infecté par le phage. Weiss et Nakamoto (1961) ont rapporté une enzyme, l'ARN polymérase dépendante de l'ADN, capable de transcrire l'information génétique. Nirenberg et Matthaei (1961) ont réussi à réaliser la synthèse de protéines in vitro en utilisant un ARN messager synthétisé artificiellement.

On a commencé à comprendre comment l’information génétique est codée dans l’ADN - le code génétique. Le code de triplet a été découvert par Brenner et Crick (1961). Au cours des années suivantes, le code génétique fut entièrement déchiffré par Holley, Khorana et Nirenberg (1966).

Les découvertes ci-dessus ont permis de développer le «dogme central» selon lequel l'information génétique codée dans l'ADN sous forme de séquence désoxyribonucléotidique est transmise à (ou transcrite) en ARN sous forme d'une séquence ribonucléotidique complémentaire. et d'ARN en protéine où l'information est traduite en séquence d'acides aminés.

Un autre développement important du début des années 60 a été le début d’une compréhension de la régulation des gènes par les travaux classiques de F. Jacob et J. Monod. En 1961, ils ont proposé l'hypothèse de l'opéron sur la base de leurs recherches sur le métabolisme du lactose chez E. coli. Leurs travaux ont montré pour la première fois que tous les gènes n'étaient pas impliqués dans la fabrication des protéines structurales et des enzymes, mais que certains gènes agissaient comme des régulateurs d'autres gènes. En 1966, Mueller et Gilbert ont pu isoler la première protéine régulatrice (répresseur) de E. coli, ce qui a largement corroboré le modèle d'opéron de la régulation des gènes.

Dans les années 1970, plusieurs découvertes de grande importance ont été faites qui ont aidé les scientifiques à réfléchir à la manipulation délibérée de gènes bactériens. Parmi ces découvertes, la découverte de l'endonucléase de restriction par W. Arber et HO Smith (1970) et la découverte de la transcriptase inverse dans le rétrovirus par H. Temin et D. Baltimore (1970) ont largement contribué au développement du génie génétique moderne sur des molécules d'ADN recombinant.

Grâce à la technologie de l’ADN recombinant, il est devenu possible de cloner des gènes désirés pour produire des bactéries, des plantes et des animaux transgéniques. Ainsi, en clonant plusieurs gènes humains dans des bactéries, il a été possible d’obtenir des produits d’importance thérapeutique, marquant le début de l’ère de la biotechnologie moderne. Certains des produits obtenus à partir de microorganismes recombinants sont énumérés dans le tableau 1.2.

Parmi les autres événements d'importance historique des années 1970, citons le développement de la technique d'hybridome pour la production d'anticorps monoclonaux par Kohler et Milstein, ainsi que la reconnaissance des archaebactéries en tant que groupe majeur distinct de procaryotes grâce aux recherches de Carl Woese et de ses collègues en 1977.

Le gène de l'insuline humaine a été transféré avec succès à une bactérie en 1979 et le produit a été approuvé pour une application clinique aux diabétiques en 1982. De même, le gène de la protéine antigénique de surface du virus de l'hépatite B a été cloné en 1982 et le produit microbien approuvé en tant que vaccin en 1986.

Une découverte importante et d'une grande importance est que, outre les protéines, l'ARN peut également avoir une activité catalytique (ribozyme). En 1983-1984, Gallo et Montagnier ont réussi à isoler le VIH, l'agent responsable du SIDA (syndrome d'immunodéficience acquise). En 1984, Mullis découvrit la PCR (Polymerase Chain Reaction), un système remarquable capable de produire un nombre considérable de copies à partir d'un petit morceau d'ADN.

Dans les années 1990, la première séquence complète du génome des bactéries a commencé à apparaître. En outre, la séquence complète du génome de la levure et de la giardia était terminée. En 2000, le séquençage du génome humain était presque terminé grâce à un vaste programme de collaboration, le projet du génome humain.

Dans les années 90, de sérieuses tentatives de thérapie génique humaine ont également été engagées, en introduisant directement un gène sain chez des patients souffrant de troubles génétiques. En 1995, SB Prusiner a découvert des prions, des particules de protéines infectieuses susceptibles de provoquer certaines maladies du système nerveux central chez les animaux, y compris l'homme.

Les prions auraient été capables de se reproduire, une caractéristique inconnue de toute autre protéine. Une autre réussite qui a créé une grande agitation a été le succès du clonage chez les animaux grâce à la production d'un agneau appelé «Dolly».

Note n ° 3. L'ère dorée de la microbiologie (1860-1910):

L'ère d'or de la microbiologie a commencé avec les travaux de Louis Pasteur (France) et Robert Koch (Allemagne). Louis Pasteur (1822-1895) a étudié un certain nombre d'aspects tels qu'il a montré que le fluide bouilli pouvait rester limpide dans un flacon à «col de cygne», ouvert à l'air à travers un tube horizontal sinueux dans lequel les particules de poussière se déposaient lorsque l'air réintégrait le refroidissement. navire (Fig. 1.1).

Pasteur a également démontré que dans l’atmosphère relativement dépourvue de poussière d’une cave silencieuse ou du sommet d’une montagne, des flacons scellés pouvaient être ouverts puis refermés de manière à éviter toute contamination. Pasteur donna une conférence à la Sorbonne en 1864 et fit sensation en découvrant que la vie était un germe et que le germe était une vie. F. Cohn (1876) a étudié la biologie du bacili.

John Tyndall (1820-1893) a montré que le foin avait contaminé son laboratoire avec un incroyable type d'organisme vivant. Ferdinand John (1877) a présenté les formes résistantes sous forme de petites endospores réfractiles, une étape particulière du cycle de vie du bacille de foin (Bacillus subtilis). Comme les spores sont facilement stérilisées en présence d'humidité à 120 ° C, l'autoclave, qui utilise de la vapeur d'eau sous pression, est devenu la marque de fabrique de la bactériologie.

Pasteur (1857) s'est intéressé aux produits de fermentation et a observé différents types de microbes associés à différents types de fermentation: des sphères de taille variable (maintenant appelées cellules de levure) dans la fermentation alcoolique et des tiges plus petites (lactobacilles) dans la fermentation de l'acide lactique. Au cours de cette expérience, Pasteur a mis en place une étude du métabolisme microbien et a notamment montré que la vie est possible sans air.

Pasteur a expliqué que dans le jus de raisin, la concentration élevée en sucre et la faible teneur en protéines (c’est-à-dire un faible pouvoir tampon) entraînent un pH bas, ce qui permet la croissance de levures résistantes aux acides et donne ainsi une fermentation alcoolique.

Dans le lait, en revanche, la teneur en protéines beaucoup plus élevée et la teneur en sucres plus faible favorisent la prolifération de bactéries à croissance rapide mais plus sensibles aux acides, qui provoquent une fermentation de l'acide lactique. Cette découverte a conduit Pasteur à affirmer que des microbes spécifiques pourraient également être à l'origine d'une maladie spécifique chez l'homme.

Pasteur a mis au point le procédé de chauffage doux (pasteurisation) pour éviter la détérioration de la bière et du vin par des microbes indésirables. Ce processus a ensuite été utilisé pour prévenir les maladies de l'homme causées par le lait.

L’extension des fermentations industrielles de la fabrication d’aliments et de boissons à celle de produits chimiques de valeur tels que le glycérol, l’acétone et, plus tard, les vitamines, les antibiotiques et les alcaloïdes a été d’une grande importance économique.

L'unité de la biologie au niveau moléculaire a été développée lorsqu'il a été découvert que les voies du métabolisme des glucides sont similaires chez certains microbes et chez les mammifères. Cette découverte a été faite vers la fin de l'ère pastorienne, notamment par Winogradsky en Russie et Beijerinck en Hollande, qui ont découvert une variété de schémas métaboliques chez différents types de bactéries adaptées à différentes niches écologiques.

La niche écologique est définie comme «l'espace physique occupé par un organisme, mais aussi son rôle fonctionnel dans la communauté». Ces organismes ont été isolés en utilisant le principe de culture sélective de Pasteur: culture d'enrichissement dans laquelle une seule source d'énergie est fournie, et la croissance est limitée aux organismes pouvant utiliser cette source.

Note n ° 4. La microbiologie au 20e siècle:

La découverte des effets microbiens sur les matières organiques et inorganiques a commencé avec la découverte de Theodore Schwann et autres (1937) qui ont observé que les cellules de levure sont capables de convertir le sucre en alcool, c'est-à-dire la fermentation alcoolique. Ce sont les observations de Pasteur qui ont révélé des microorganismes anaérobies et aérobies.

Sergei N. Winogradsky (1956-1953) et Martinus Beijerinck (1851-1931) ont examiné le rôle des micro-organismes dans les cycles du carbone, de l'azote et du soufre dans les sols et les habitats aquatiques.

Le microbiologiste russe Winogradsky a également découvert que:

(i) les bactéries du sol oxydent le fer, le soufre et l'ammoniac pour obtenir de l'énergie,

(ii) des fixateurs anaérobies isolés de N ₂,

(iii) étudié la décomposition de la matière organique cellulosique.

Beijerinck a par contre beaucoup contribué à l'écologie microbienne. Azotobacter, un fixateur d'azote vivant libre a été isolé. Plus tard, une bactérie nodulante des racines appelée Rhizobium et des réducteurs de sulfate ont également été isolées. Ces deux microbiologistes ont mis au point les techniques de culture d’enrichissement et l’utilisation de milieux sélectifs en microbiologie.

Au 20 ^e siècle, la microbiologie s'est développée sous l'angle d'autres disciplines des sciences biologiques de manière à résoudre les problèmes de structure cellulaire à l'évolution. Bien que l'accent ait été mis davantage sur les agents des maladies infectieuses, la réponse immunitaire, les agents chimiothérapeutiques et le métabolisme bactérien.

Beadle et Tautam (1941) ont utilisé des mutants de la moisissure du pain, Neurospora, tandis que Salvadore Luria et Max Delbruck (1943) ont utilisé des mutants bactériens pour montrer que les mutations géniques étaient véritablement spontanées et non dirigées par l'environnement. Avery, Macleod et Mc Carty (1944) ont démontré que l'ADN était le matériel génétique contenant l'information génétique.

De telles découvertes ont fait de la microbiologie, de la génétique et de la biochimie une génétique moderne à orientation moléculaire. La microbiologie a apporté une contribution maximale en biologie moléculaire qui traite des aspects physiques et chimiques de la matière vivante et de sa fonction. Le code génétique et le mécanisme de synthèse de l'ADN, de l'ARN et des protéines ont également été étudiés à l'aide de plusieurs microorganismes.

La régulation de l'expression des gènes et le contrôle de l'activité des enzymes ont également été discutés à la lumière de la microbiologie. Dans les années 1970, de nouvelles découvertes, telles que la technologie de l’ADN recombinant et le génie génétique, ont également conduit au développement de la microbiologie, qui a rendu service à la biotechnologie microbienne.

Des scientifiques de l’Université West Cjester, en Pennsylvanie, ont redonné vie à un microbe en animation suspendue depuis 250 millions d’années, un exploit remarquable qui renforce les théories selon lesquelles les anciennes graines de la vie sont arrivées de l’espace sur Terre.

Russell Vreeland (2003) a isolé une spore formant Bacillus sp. Échantillon de cristal de sel trouvé dans le sol (1850 pi) au Nouveau-Mexique à partir de 250 ans. La bactérie semble être similaire à Bacillus marismortui. Plus tôt, il y avait des rapports de créatures vivantes les plus anciennes de 254 à 40 millions d'années.

L'importance de cette branche tient au fait qu'environ 30% des prix Nobel attribués dans les domaines de la physiologie et de la médecine sont attribués à ceux qui travaillent sur des problèmes liés à la microbiologie, comme le montre le tableau 1.1.

Note n ° 5. La microbiologie en Inde:

Il y a plusieurs instituts engagés dans la recherche microbiologique dans notre pays. Institut indien du pétrole, Dehradun; Le Tata Energy Research Institute de Delhi et le National Chemical Laboratory de Pune ont travaillé sur le déparaffinage microbien de fractions pétrolières plus lourdes. Les instituts ont également joué un rôle vital dans le domaine de la récupération assistée du pétrole et de la production de biosurfactants.

L'Institut national de la nutrition, Hyderabad, l'ITRC, Lucknow, et l'Institut national de la santé au travail, à Ahmedabad, ont déjà mis au point un plan à long terme sur le suivi et la surveillance des risques liés aux contaminants des aliments en Inde, tandis que l'analyse génomique et la conception de gènes synthétiques permettant de moduler l'expression du génome in vivo a été réalisée par les scientifiques de l’Institut indien des sciences de Bangalore.

Le recyclage anaérobie des déchets lignocellulosiques dans les carburants et les produits chimiques de base a été effectué avec succès à l'Indian Institute of Technology, Delhi et Madras. La caractérisation moléculaire d'allergènes naturels pour l'identification de fractions immunopotentielles a été réalisée à l'Association indienne pour la culture de la science, Calcutta.

La biologie moléculaire des agents pathogènes entériques humains, les techniques de typage des bactériophages pour identifier l'infection par le choléra, la construction d'une carte physique et génétique de Vibrio cholerae 569B, le vaccin oral contre le choléra et l'établissement d'une banque de parasites Leishmania ont été mis au point à l'Institut indien de biologie chimique de Calcutta. sur l’anatomie structurale de l’enzyme adénosine de Leishmania donovani qui joue un rôle structurel.

A group at Central Salt and Marine Chemicals Research Institute, Bhavnagar has observed certain economically important plants with special reference to the marine algal flora occurring in the mangrove forests.

Technology for bacterial grade agar agar and biotoxins from marine algae and bacteria has also been developed. Manipulated strains, enzymatic conversions of rifomycinB to rifamysinS, development of cholera vaccine are major achievements of Institute of Microbial Technology, Chandigarh.

The basic biochemical engineering studies on development of stable plasmid vectors in Corynebacteria and fusion hybrids between Praerthes and Corynebacter carried out at Indian Institute of Technology, New Delhi.

The industrial waste treatment by anaerobic digestion with special reference to ultra structure of granular sludge and the cell immobilisation was studied at regional sophisticated instrumentation centre, IIT, Bombay. Microbial degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons with reference to construction of genetically manipulated strain was completed at Institute of Microbial Technology, Chandigarh.

Recombinant DNA application to anaerobic fixed film systems for methane biosynthesis, construction of genetically engineered strains for microbial desulfurisation of petroleum crude, production of surfactants and bioplastics, distillates of cow urine for antimicrobial therapy (US patent) are few achievements of scientists at National Environmental Engineering Research Institute (NEERI), Nagpur.

National facility for disease control in fishes through quarantine and health certification was carried out at Central Institute of fresh water Aquaculture, Bhubneshwar. Monitoring and surveillance of food contaminants hazards in India, and production of various enzymes such as xylanase and B-amylase was developed at Bose Institute, Calcutta.

Microbial xylanases at semipilot scale fermentation and downstream processing and xylose metabolism in Neurospora crassa; ethanol biotechnology and yeast strain improvements were carried out at National Chemical Laboratory, Pune.

Solid state fermentation for production of glucoamylase was studied at Regional Research laboratory, Thiruvanathapuram (Kerala), while application of natural and recombinant microorganisms to bio-surfactant production, oil spill degradation and pollution control was studied at CSIR laboratories.

Le laboratoire de recherche régional, Jammu, a conçu des technologies pour la production d’acide gluconique libre, la construction de souches génétiquement modifiées pour la désulfuration microbienne du pétrole brut, la production de surfactants et de biopolymères, etc.

La biotechnologie relative à la production en masse d'ennemis naturels de Spodoptera litura a été étudiée à l'Institut central de recherche sur le tabac, Rajamundry (AP), tandis que la génétique de Thiobacillus ferroxidans et l'amélioration des souches par une technique génétique avancée ont été explorées à l'Institut Bose, à Calcutta. L’élimination des ions de métaux lourds des déchets industriels par des micro-organismes a été réalisée au laboratoire régional de recherche de Bhubaneswar.

L’amélioration de l’efficacité des souches, de la qualité et de la technologie de production de masse pour les inoculants microbiens hétérotrophes a été étudiée à la fondation SPIC Science, Madras. L’ingénierie des protéines et les approches biophysiques et chimiques de l’étude du repliement des protéines ont été réalisées à TIER, Bombay.

La collecte de matériel génétique, l'amélioration de la qualité par le génie génétique et le traitement en aval de la spiruline et de ses biotechnologies ont été mis au point dans le cadre d'un projet coordonné pour l'ensemble de l'Inde, impliquant plusieurs instituts dont le CFTRI. Mysore. Les approches moléculaires et génétiques pour l'analyse de l'épissage pré-ARNm chez la levure ont été la contribution majeure de l'Institut indien des sciences de Bangalore.

Note # 6. Branches de la microbiologie:

je. Microbiologie de l'eau:

«Pas de vie sans eau» est un dicton populaire qui dépend du fait que l’eau est l’une des exigences essentielles naturelles de toutes les fonctions vitales. C'est un solvant maître et toutes les réactions métaboliques des êtres vivants dépendent principalement de sa présence.

Comme nous le savons, la population humaine vivant dans les villes, etc., dépend des approvisionnements en eau des municipalités. En outre, une grande partie de notre population qui vit dans les zones rurales, notamment dans les pays sous-développés et en développement, dépend des lacs, des rivières, des étangs, des sources, des puits, etc. pour ses besoins en eau.

L'eau est perdue de la terre par évaporation, transpiration et expiration et revient à la terre par voie de précipitation. La contamination de l'eau commence dès le début lorsque l'eau atteint la terre par l'air sous forme de précipitations; les microorganismes présents dans l'air y entrent.

Une fois que les précipitations sont terminées et que l'eau atteint la surface du sol, elle est contaminée par des microorganismes via le sol, des plantes et des animaux morts, etc. En outre, les sources naturelles d'approvisionnement en eau sont contaminées par un large éventail de substances telles que les déchets ménagers et industriels. c'est-à-dire que les eaux usées sont rejetées à la suite des besoins de l'homme civilisé et que les êtres humains et les animaux excrètent sous forme d'urine et de fèces.

Tous ces contaminants détériorent la qualité de l'eau et la rendent dangereuse pour la consommation humaine. Il est important de noter que ces contaminations, en particulier les déchets domestiques et industriels et les déchets fécaux, suscitent de nombreuses préoccupations biochimiques, car elles non seulement augmentent la demande biochimique en oxygène (DBO), mais contiennent également à certains moments certains microorganismes responsables de maladies.

Ces micro-organismes provoquant des maladies apparaissent généralement dans les selles et l'urine d'une personne infectée et, lorsqu'ils sont déchargés, peuvent pénétrer dans une source d'approvisionnement en eau à partir de laquelle l'eau de boisson est fournie. Cela se traduit par la transmission de maladies de personnes infectées à des personnes en bonne santé.

Cependant, les maladies transmises par l'eau sont appelées "maladies d'origine hydrique". Chaque année, plus de 500 millions de personnes sont atteintes de maladies d'origine hydrique et plus de 10 millions d'entre elles meurent.

Tout cela souligne la nécessité de recourir à une technique de traitement de l'eau pouvant fournir une eau de boisson saine et au traitement des eaux usées avant leur évacuation.

ii. Microbiologie de l'air:

Étant donné que l'air ne contient pas, dans des conditions normales, les éléments nutritifs et l'humidité nécessaires à la croissance, au maintien et à la multiplication des micro-organismes, il ne peut être considéré comme leur environnement naturel. Néanmoins, l'air est normalement abondant à mesure que les micro-organismes y pénètrent par le sol et d'autres matières sèches décomposées, y compris les excréments exposés au vent.

Les micro-organismes présents dans l'air deviennent une source importante de contamination dans les laboratoires, les hôpitaux, les industries et les boissons et produits alimentaires exposés. En fonction de la nature des micro-organismes, certaines contaminations peuvent provoquer la détérioration des produits contaminés et des maladies lors de l'ingestion.

Par le simple éternuement et la toux, les infections de la bouche et des poumons peuvent se répandre dans l’air environnant. Compte tenu de cela, la connaissance de la quantité et de la qualité des microorganismes présents dans l'air semble essentielle, car nous avons besoin d'air pur pour la respiration.

L'air n'est pas un milieu pour les micro-organismes mais un vecteur de particules, de poussières et de gouttelettes qui restent généralement chargées de micro-organismes. Ces vecteurs transportent des microorganismes et leur sort est régi par un ensemble complexe de conditions telles que la lumière du soleil, la température, l’humidité, la taille des particules chargées de microbes, le degré de sensibilité ou de résistance d’un microbe particulier au nouvel environnement capacité du microbe à former des spores ou des kystes résistants.

Dans l’air immobile, les micro-organismes ont tendance à s’installer rapidement, leurs porteurs laissant l’air relativement libre d’eux. L'air après les fortes pluies est relativement exempt de micro-organismes. Le développement, même du moindre courant, peut maintenir les microorganismes en suspension dans l'air pendant une période prolongée.

En général, l'air au-dessus des régions chaudes de la Terre contient un plus grand nombre de micro-organismes que celui situé au-dessus des régions plus froides, à condition que l'humidité soit suffisante. Une ventilation inadéquate des bâtiments habités favorise une plus grande accumulation de nombre microbien dans l'espace aérien.

L'air des régions montagneuses et des océans non industrialisés et peu industrialisés est considéré comme pur et bon pour la santé, car il est relativement exempt de micro-organismes.

iii. Microbiologie du sol:

Le domaine de la microbiologie des sols a été exploré au cours de la toute dernière partie du 19ème siècle. L’établissement des principaux rôles que jouent les micro-organismes dans les cycles biologiquement importants de la matière sur Terre: les cycles de l’azote, du soufre et du carbone était en grande partie l’œuvre de deux hommes, S. Winogradsky (1856-1953) et MW Beijerinck (1851-1931). ).

S. Winogradsky, Russe et considéré par beaucoup comme le fondateur de la microbiologie des sols, découvrit la bactérie Nitryfiying (1890-1891). décrit l'oxydation microbienne de H ₂ S et de soufre (1887); développé le concept de chimioautotrophie microbienne; bactérie anaérobie fixatrice d'azote (1893); contribué aux études sur la réduction de la fixation de l'azote nitrique et symbiotique; et, à l'origine de la classification nutritionnelle des microorganismes du sol en groupes autochtones (utilisateurs d'humus) et zymogènes (opportunistes).

Le travail de MW Beijerinck, un Hollander, est presque aussi important. Il isole les agents de fixation de l’azote symbiotique (1888) et aérobie non symbiotique (1901).

Cependant, la plus grande contribution de Beijerinck était une technique nouvelle et profondément importante: la technique de culture d'enrichissement: isoler et étudier divers types physiologiques de divers microorganismes à partir d'échantillons naturels grâce à l'utilisation de milieux de culture spécifiques et de conditions d'incubation.

iv. Microbiologie alimentaire:

Le régime alimentaire de nombreuses personnes est complété par des aliments préservés par des méthodes spéciales. Ces aliments peuvent être congelés, en conserve ou déshydratés. Il peut être partiellement ou complètement cuit ou précuit, prêt à être chauffé et servi.

Au cours de la préparation, ces aliments peuvent être attaqués par des micro-organismes hétérotrophes pour satisfaire leurs besoins nutritionnels. La croissance et la multiplication sans restriction de ces micro-organismes dans les aliments peuvent les rendre impropres à la consommation et entraîner leur détérioration ou leur détérioration.

Microbiologie du lait, des produits laitiers et des aliments:

A. Microbiologie des industries du lait et des produits laitiers

B. Contamination microbienne et détérioration de la volaille, du poisson et des fruits de mer

C. Aliments Ortental

Le premier lait tiré d'animaux contient toujours des microorganismes. La plupart des bactéries proviennent d'ustensiles de laiterie, de surfaces de contact du lait, de machines à traire, de manipulateurs de lait et d'autres sources similaires. Les bactéries comprennent les streptocoques lactiques, les bactéries coliformes, les bactéries psychrotrophes à Gram négatif.

Les bâtonnets négatifs sont thermoduriques et survivent à la pasteurisation, par exemple les entérocoques et les bacilles. Le personnel laitier indemne de maladies et l’utilisation d’appareils sanitaires aident à réduire le nombre de contaminants bactériens provenant de sources externes.

Pour la production de différents produits laitiers, il est nécessaire d'avoir une culture appropriée de microorganismes. La culture pure ou la culture mère ou la culture mère sont disponibles sous forme lyophilisée ou lyophilisée.

Des cultures mères des organismes souhaités peuvent être conservées dans les cultures laitières de streptocoques lactiques, de Leuconostoc et de Lactobacillus. Par ailleurs, la culture initiale est produite en mélangeant une culture pure à 2% dans 600 ml de lait. Celui-ci est chauffé à 88 ° C pendant 30 minutes puis refroidi à 2 ° C et incubé pour donner une culture starter.

Microbiologie du lait et des produits laitiers:

Le lait est sécrété par les mammifères pour nourrir leurs petits. Il est sous forme liquide sans colostrum. Le lait contient de l'eau, des matières grasses, des protéines et du lactose. Environ 80-85% des protéines sont des protéines de caséine.

Microbiologie du fromage:

Le grand nombre de microorganismes joue un rôle dans le processus de maturation. Le premier jour du processus de fabrication du fromage, le nombre microbien dans le produit de départ varie de un à deux milliards de g ^-1 . Par conséquent, la production diminue en raison d'un manque d'oxygène, d'une acidité élevée et de la présence de composés inhibiteurs produits à mesure que le fromage mûrit.

C'est principalement l'action de leurs enzymes cellulaires sur le lactose, les matières grasses et les protéines qui crée la saveur du fromage affiné. La culture gazeuse de Propionibacterium shermanii est essentielle pour donner au fromage suisse son œil, ses trous et sa saveur. La spécificité du fromage dépend des variétés de microorganismes utilisés.

Le processus de fabrication du fromage comporte neuf étapes:

(a) préparer le lait,

(b) former un caillé,

(d) cuisine,

(e) séparer le lactosérum,

(f) saler le résidu,

(g) appliquer des microbes,

(h) presser le caillé,

(i) affinage du fromage jeune.

La plupart du temps, un fromage affiné est fabriqué à partir de lait cru ou sous lait pasteurisé qui doit être conservé au moins 60 jours. Pendant ce temps, le sel, l’acidité, les composés métaboliques de la maturation et l’absence d’oxygène dissolvent généralement les organismes intoxicants aux aliments.

Lors de la préparation du lait, certains colorants peuvent être ajoutés, notamment le P-carotène et des extraits de plantes, par exemple Bixa orellana et Capsium spp. Le lait est transformé en lait caillé lisse et solide, plus communément appelé chymosine, qui convertit le lait caillé à 32 ° C en 30 minutes.

La présure peut être extraite de Mucor miehei, M. pusillus et Endothica parasiticus. La présure attaque la caséine et forme un réseau ou du caillé. La protéine contenue dans ce caillé de chymosine est appelée paracaseine, car liée en grande partie au calcium, elle se présente initialement sous forme de paracaseine dicalcique. Dans la troisième étape, les couteaux à fil ou les barres de coupe sont utilisés pour réduire le grand lit de caillé en petits cubes de 1, 5 cm.

Cette étape augmente la surface. Pendant la cuisson, les petits cubes se contractent et expulsent le lactosérum. Pour le cheddar et les fromages apparentés, la température optimale est de 37 ° C, tandis que les caillés d’Emmental et de Gruyère sont cuits à environ 54 ° C. La cuisson se poursuit pendant une heure allant d'une heure à une heure et demie.

Le processus suivant est le salage où le fromager applique du sel sec sur le caillé. Le fromage immature dans de la saumure saturée est immergé pendant environ 2 à 72 heures. Au stade du pressage, une pression externe est parfois appliquée sur le caillé chaud et humide qui est confiné dans du bois, du plastique ou du métal ou dans un sac en tissu. Le pressage marque la fin de la phase préparatoire de la fabrication d'un fromage affiné.

v. Microbiologie cellulaire:

Une révolution a été opérée en médecine et en science clinique après l’introduction des antibiotiques dans les années 1950 et 1960. Au cours de cette période, un petit travail a été effectué sur le mécanisme impliqué, à savoir comment les bactéries infectent l'hôte multicellulaire et développent la maladie.

Dans les années 1990, il est devenu évident que, malgré l'utilisation d'antibiotiques pour tuer les bactéries, 3 millions de personnes meurent chaque année des suites de la tuberculose, 3 à 4 millions de la diarrhée, 1 à 2 millions du paludisme, de l'hépatite et de la rougeole et de millions d'autres. maladies à travers le monde. Certaines nouvelles maladies bactériennes ont également été rapportées; par exemple Helicobacter pylori, l'agent causal de l'ulcère gastrique, et E. coli 0157 provoquant une diarrhée.

Une grande attention a été portée aux infections bactériennes stimulées par la résistance croissante des bactéries aux antibiotiques. Cela est arrivé à un moment où les progrès de la microbiologie, de la biologie moléculaire et de la biologie des cellules eucaryotes sont en mesure de répondre aux questions relatives au processus d'infection.

Cossart (1996) a inventé le terme microbiologie cellulaire en synthétisant les trois disciplines connexes (biologie cellulaire, biologie moléculaire et microbiologie). Cependant, la biologie cellulaire individuelle; la biologie moléculaire et la microbiologie sont étudiées en détail séparément. Mais la microbiologie cellulaire comble le fossé entre ces deux disciplines et fournit une synthèse actuelle de la science pertinente.

L’étude de la microbiologie a fait progresser les connaissances en immunologie, en expliquant comment les bactéries déclenchent le système immunitaire et les lymphocytes T reconnaissent l’antigène, et comment les exotoxines bactériennes affectent les cellules eucaryotes. Les progrès de la biologie moléculaire ont été réintroduits dans la microbiologie.

Il est évident que les bactéries produisent des molécules de signalisation intercellulaires pour déterminer la densité cellulaire. De nombreuses avancées ont été réalisées dans le développement de techniques de biologie moléculaire, par exemple le séquençage d’ARNr 16S, la technologie d’expression in situ, la mutagénèse marquée avec marquage h, la PCR à affichage différentiel (DD-PCR), l’analyse hybride chez la levure bi-hybride et la présentation sur phages.

Note # 7. Les microbes en microbiologie environnementale:

Les microbes sont répartis partout dans le sol, dans l’eau et dans l’air, même s’ils sont présents dans les profondeurs de la terre, comme les bouches d’échappement des profondeurs. Les microbes jouent un rôle important dans le recyclage des éléments biologiques tels que l'oxygène, le carbone, l'azote, le soufre et le phosphore.

je. Microbes dans les cycles biogéochimiques:

L'oxygène représente 70% du poids de la cellule et plus de 23% de l'oxygène est présent dans l'atmosphère disponible pour tous les microbes. D'autre part, l'oxygène apparaît dans les dépôts minéraux sous forme de sels de carbonates, de silicate, d'aluminate et d'autres oxydes.

Environ 80% de l'oxygène n'est pas disponible pour les organismes biologiques. Les cyanobactéries, les hétérotrophes et les chimiolithotrophes l'utilisent. L'eau est un produit des processus aérobies et reste donc disponible pour la photosynthèse.

Environ 20% du carbone terrestre est un composé organique et moins de 1% des combustibles fossiles tels que le pétrole, le charbon, etc. Le carbone est présent sous forme de CO ₂ dans l'atmosphère. Le CO ₂ est produit lors de la combustion de combustibles fossiles, de préparations biologiques et de la décomposition microbienne.

Les microorganismes photosynthétiques et chimiosynthétiques convertissent le CO ₂ en carbone organique. Le méthane (CH ₄ ) est généré de manière anaérobie à partir de CO ₂ et de H ₂ par des archées méthanogènes. Les bactéries et les champignons du sol utilisent principalement les matières organiques présentes dans le sol.

Sans l'action cyclique de ces microbes, la vie sur cette planète souffrirait de la non-disponibilité des nutriments essentiels à la vie. Les microbes à travers leurs machines enzymatiques sont capables de libérer des produits solubles, les rendant ainsi disponibles aux microbes et aux plantes. Les restes morts de plantes et d'animaux sont décomposés par des microbes.

Environ 78% de l'azote est présent dans l'atmosphère, tandis que 9 à 15% du poids sec d'une cellule contient un élément cellulaire essentiel en N, qui contient des acides aminés, de l'acide nucléique et certains coenzymes. Les formes inorganiques de l'azote sont interconverties par les activités métaboliques des micro-organismes, qui maintiennent le bilan naturel en azote.

Les bactéries fixatrices d'azote réduisent l'azote gazeux (N ₂ ) en ammoniac nécessaire à la croissance des plantes. Une partie de l'azote organique (acide aminé, acide nucléique) est recyclée par le processus appelé ammonification. L'ammoniac produit est soit incorporé à la biomasse, soit devient le substrat de la nitrification. L'oxydation aérobie de l'ammoniac en nitrate (NO ₃ ^- ) est réalisée par des bactéries nitrifiantes représentées par Nitrosomonas et Nitrosococcus.

ii. Microbes en microbiologie de la pollution:

Examen des milieux aquatiques où l’eutrophisation de plusieurs micro-organismes fascinants est en cours. Parmi ceux-ci figurent les protozoaires, les algues et les organismes moins mobiles visuellement mais non moins importants du point de vue fonctionnel, ainsi que les formes plus petites, y compris les champignons et les bactéries, certains virus montrent également leur présence si des procédures spéciales sont adoptées pour la détection.

Les virus qui infectent tous les groupes biologiques ont une incidence sur les problèmes de pollution de l’eau. Les virus des plantes et des algues peuvent empêcher le développement sans restriction de l'hôte. Il a été suggéré que la croissance excessive d'algues bleu-vert pourrait être contrôlée en ensemençant des virus spécifiques (virus LPP et AS).

De même, les virus bactériens (bactériophages) peuvent aider à contrôler la taille de la population bactérienne grâce à l'analyse des groupes sensibles. Les bactériophages pourraient jouer un rôle particulièrement intéressant dans la destruction des bactéries pathogènes pour l'homme et des indicateurs bactériens de la pollution fécale. Par ailleurs, les bactéries sont particulièrement aptes à exploiter un large éventail de possibilités environnementales.

Les bactéries jouent un rôle important dans la décomposition des déchets. Certains actinomycètes sont des habitants de la boue de lac, mais en général, les actinomycètes ne semblent pas responsables de l'odeur de terre que l'on ressent après le labour.

Le traitement biologique des eaux usées et l'autoépuration ont beaucoup en commun. Les deux entraînent la minéralisation des polluants organiques et l'utilisation de l'oxygène dissous. Les associations microbiennes complexes jouent un rôle important dans l'autoépuration et ces communautés dominent l'écologie des stations d'épuration.

Certaines molécules organiques présentes dans les effluents industriels sont facilement décomposables par divers micro-organismes, tandis que certains composés semblent résister complètement aux attaques biologiques.

Note # 8. Applications informatiques en microbiologie:

Les ordinateurs peuvent remplir diverses fonctions dans le contrôle et l’analyse des processus de fermentation.

je. Optimisation via ordinateur:

Les ordinateurs sont utilisés à grande échelle pour stocker et évaluer les paramètres de fermentation et pour mesurer les effets de paramètres individuels sur le comportement métabolique des cultures.

ii. Contrôle via ordinateur:

Les ordinateurs peuvent contrôler les processus de fermentation. Le contrôle de la fermentation en ligne est largement utilisé dans la production dans de nombreuses entreprises.

Les applications informatiques en microbiologie ne sont pas encore aussi répandues que dans l'industrie chimique pour plusieurs raisons. Les capteurs utilisables dans les systèmes stériles ne sont pas encore suffisamment fiables pour tirer parti des capacités de l'ordinateur et de la biosynthèse.

La régulation de la formation de métabolites n'est pas encore complètement comprise. La réduction des coûts de fermentation à l'aide d'ordinateurs est difficile à calculer. Ainsi, en microbiologie, les ordinateurs sont principalement utilisés pour l'acquisition de données, l'analyse de données et le développement de modèles de fermentation.

a) Acquisition de données:

Les données peuvent être acquises directement au fermenteur avec des capteurs en ligne. Les informations acquises peuvent être telles que le pH, la température, la pression, la viscosité, le poids du fermenteur, l'absorption de puissance, le débit d'aération et la teneur en O ₂ et en CO ₂ du flux gazeux. D'autres données peuvent être obtenues à partir de mesures en laboratoire et introduites dans l'ordinateur hors ligne, par exemple la teneur en nutriments de la biomasse, la formation de métabolites.

Ces informations peuvent être entrées sous forme de données brutes et converties par l'ordinateur en unités standard, par exemple pour ajuster les volumes à une température standard. Les données de correction de température peuvent être utilisées pour calculer le taux d'aération réel d'un système de production.

Un système d'alarme peut être consulté par le système d'acquisition de données pour informer le standardiste lorsque des écarts par rapport à la valeur standard se produisent. Les données sur le processus de fermentation peuvent être stockées, récupérées et imprimées et les calculs de produit peuvent être documentés.

b) Analyse des données:

Les données saisies ou mesurées sont utilisées dans des calculs tels que le taux de formation de CO ₂, le taux d'absorption d'O ₂, le quotient respiratoire, le taux d'absorption de substrat spécifique, le coefficient de rendement, le bilan thermique, la productivité, l'absorption d'énergie spécifique au volume et le nombre de Reynold.

Lorsque la biomasse n'est pas mesurée en continu, la concentration de biomasse peut être calculée à l'aide du taux d'absorption de O ₂ . On suppose que la constante de rendement et la proportion d'O ₂ nécessaires au maintien du métabolisme sont connues. Les calculs doivent être ajustés si, par exemple, des métabolites secondaires sont formés ou si le rendement change constamment pendant la fermentation.

Après fermentation à différents pH et niveaux de température, des «courbes d’isoproduction et d’isotime» sont calculées. Les champs sont exprimés en pourcentage de la production mineure par rapport au titre de max. Érythromycine. Ce graphique permet de déterminer la productivité optimale (temps de production / fermentation) pour un ensemble donné de conditions de fonctionnement.

iii. Logiciel:

Un bon nombre de logiciels sont disponibles sur le marché, tels que MENTOR de LSLBILAFITTE, MFCSAVin de B. BRAUN BIOTECH, AFS BioComond de New BRUNSWICK SCIENTIFIC, utilisés en laboratoire ainsi que des fermenteurs pilotes ou industriels. La plupart des logiciels sont fournis par les fabricants de fermenteurs. Certains logiciels sont capables de détecter automatiquement la configuration du contrôleur dans les fermenteurs.

Ces logiciels servent également à réguler le taux de dilution, à calculer le taux de croissance, à s’interfacer avec d’autres dispositifs tels que des analyses et à archiver des données à des fins de validation. Ces enregistrements de logiciels sont généralement écrits en langage Basic, Pascal ou C. Mais pour surmonter diverses difficultés, MS-Window est utilisé comme plate-forme générale pour la fabrication de logiciels pour la version de laboratoire et NT pour les fermenteurs à grande échelle.

L’importance de tels dispositifs aide à sécuriser l’interface entre les programmes externes basés sur MS window et les programmes en temps réel. Plusieurs approches de contrôle différentes ont été développées pour les stratégies de contrôle basées sur un modèle et le contrôle adaptatif; ainsi, il offre plus de possibilités de contrôle efficace des processus de fermentation.

Note n ° 9. Les algues en microbiologie:

Les algues comprennent un vaste assemblage hétérogène d'eucaryotes relativement simples qui ont peu de points communs sauf leur caractéristique de photosynthèse évolutive de l'oxygène. Ils peuvent être définis comme les petits autotrophes qui ne montrent aucune différenciation cellulaire et leurs organes sexuels sont unicellulaires et, si multicellulaires, toutes les cellules sont fertiles.

Bien que la plupart des groupes taxonomiques d’algues comprennent des organismes macroscopiques multicellulaires considérés comme des plantes et placés sous le règne des plantes, il existe un grand nombre de formes microscopiques unicellulaires dans la majorité des groupes taxonomiques relevant du domaine de la microbiologie et inclus parmi les microorganismes en tant que «microalgues». '.

Les algues constituent un élément très important de la biosphère en tant que producteurs primaires de matière organique et d’oxygène, et sont d’occurrence universelle.

On les trouve en abondance dans les eaux douces (lacs, étangs, ruisseaux, etc.) et les habitats marins; l'eau douce et les formes d'algues unicellulaires marines poussant comme des planctons produisent une énorme quantité de matière organique et d'oxygène. Environ 80% de l'oxygène de la terre aurait été produit par ces algues planctoniques.

Les algues sont également présentes dans les sols humides, les roches, les plantes et même les animaux. Certaines algues se développent sur la neige et la glace des régions polaires, d'autres dans les sources chaudes à des températures pouvant atteindre 90 ° C. Les algues se développent également de manière endophyte dans les protozoaires, l’hydre, les éponges et les coraux. Bien que la plupart des algues soient photoautotrophes, les formes d’algues hétérotrophes et holozoïques ne sont pas rares.

Cependant, les caractéristiques distinctives des algues sont les suivantes:

je. Ce sont principalement des photoautotrophes, c’est-à-dire qui synthétisent leurs aliments par le biais de la photosynthèse.

ii. Ils habitent principalement les habitats aquatiques.

iii. Le corps végétatif ne montre aucune différenciation en divers systèmes tissulaires.

iv. Ils possèdent principalement des organes sexuels unicellulaires sans enveloppe de cellules stériles. Les cellules de la jaquette, si présentes, ont des initiales différentes.

v. Ils montrent une complexité progressive de la reproduction.

vi. Ils ne développent pas d'embryon après la fusion de gamètes lors de la reproduction sexuée.

vii. Ils montrent une alternance distincte de générations.

Note # 10. Champignons sur la microbiologie:

Il existe environ deux millions d'espèces d'organismes vivants sur la terre, dont environ 70 000 espèces de champignons, et de nombreuses autres attendent d'être découvertes. Hawksworth (1991) a estimé qu'il existe environ 1, 5 million d'espèces de champignons dans le monde.

L'écart énorme entre le nombre d'espèces de champignons connues et estimées semble être lié au fait que l'échantillonnage des champignons est terriblement inadéquat dans de nombreuses régions du monde, notamment les régions tropicales et subtropicales.

L'intérêt de l'homme pour les champignons a commencé par l'observation de beaux champignons et crapauds en forme de parapluie poussant sur des sols formant des «anneaux de fées». Les Grecs et les Romains de l'Antiquité, et sans doute leurs contemporains moins civilisés, étaient friands de truffes, de champignons et de bouffées.

Les champignons sont devenus des mets si délicats qu’ils étaient le seul aliment que les riches souhaitaient cuisiner eux-mêmes. Des cas d'intoxication accidentelle aux champignons étaient également connus des Grecs et des Romains antiques dès 500 ans av.

Les membres comestibles ont été appelés «champignons», tandis que les variétés toxiques ont été appelés «crapauds». Le terme “champignon” est une déformation du mot allemand “Todestuhl” qui signifie littéralement “fauteuil de mort”.

Bien que l'intérêt des hommes pour les champignons ait commencé il y a des milliers d'années, comme mentionné ci-dessus, l'étude systématique s'est manifestée il y a seulement quelques centaines d'années lorsque le microscope a été développé. PA Micheli (1679-1737), un botaniste italien, utilisa pleinement le microscope et réalisa une étude approfondie des champignons et de leurs structures de reproduction. Il publia en 1729 la première littérature authentique sur les champignons appelée 'Nova Genera Plantarum'.

PA Micheli a eu l'honneur de s'appeler fondateur de la mycologie pour cette contribution et d'autres encore. la mycologie étant la science des études fongiques. Le terme «mycologie» (Gk. Mykes = champignon, logos = discours) est un mot grec considéré comme issu d'une grande civilisation: le mycénien.

Les champignons sont des eucaryotes omniprésents qui sont polyvalents en raison de leur degré élevé d'adaptabilité dans n'importe quel habitat concevable. Tout ce qui peut être décomposé pour produire de l'énergie trouvera des champignons pour le coloniser.

Étant donné que les champignons varient en termes de formes, de comportements et de cycles de vie en fonction de leurs divers habitats, il est très difficile de définir les limites exactes des champignons. Cependant, les mycologues du temps présent ont donné les lignes suivantes pour définir un champignon.

Les champignons sont des organismes «eucaryotes, achlorophylles à mode de nutrition absorbant, sporifères et se reproduisant généralement de manière asexuée et sexuelle, et dont les structures somatiques filamenteuses et ramifiées (appelées hyphes) sont généralement entourées de parois cellulaires contenant de la chitine, de la cellulose ou les deux. ainsi que de nombreux autres glucides complexes. "

Bien que les champignons partagent avec les plantes la possession d’une paroi cellulaire, de vacuoles intracellulaires remplies de liquide, de courants microscopiques visibles du cytoplasme et d’un manque de mobilité, ils sont clairement délimités des plantes et des autres autotrophes car le corps végétatif, ou hypha, n’est jamais différencié. dans la tige, les racines et les feuilles et, le plus important de tous, ne possède pas de tissus spécialisés pour le transport interne d’eau et de nutriments.

Cependant, voici les principales caractéristiques des organismes appelés champignons:

je. Le corps végétatif (thalle) est généralement représenté par un filament appelé hypha (hyphes); les hyphes ensemble sont appelés mycélium (pl. mycelia). Les hyphes sont des septu ou non.

ii. La paroi cellulaire est principalement composée de chitine, souvent appelée «cellulose fongique».

iii. Le corps végétatif (thalle) n'est pas différencié en racine, tige et feuilles et ne possède pas de tissus spécialisés pour le transport interne d'eau et d'éléments nutritifs.

iv. Tous les champignons manquent de chlorophylle et ne peuvent donc pas fabriquer leurs propres aliments. Ils s'appellent les hétérotrophes. Ils peuvent être des parasites ou des saprophytes.

v. Les aliments sont stockés sous forme de glycogène.

vi. On trouve à la fois une reproduction asexuée et sexuée; la reproduction asexuée est plus fréquente.

vii. La reproduction asexuée a lieu principalement par les sporangiospores et les conidies (conidiospores).

viii. La reproduction sexuée se fait par anthéridie et oogonie ou ascogonie. Des organes reproducteurs distincts ne se trouvent pas chez certains ascomycètes et presque tous les basidiomycètes; la sexualité se complète au moyen de la fusion hyphale.

ix. Tous les champignons ont l'estomac en dehors de leur corps, c’est-à-dire qu’ils apprécient la digestion extracellulaire des matières premières.

Note # 11. Les bactéries en microbiologie:

Les bactéries sont un groupe d'organismes procaryotes ou monera qui se caractérise par un mur de peptidoglycane, un ADN compact mais nu, auquel est attaché un aliment embosomé et de réserve composé de glycogène et de graisse. Les bactéries ont été découvertes par Leeuwenhoek en 1676.

Ils ont les traits suivants (Fig. 2.9):

je. Forme fondamentalement unicellulaire.

ii. Paroi cellulaire peptidoglycane.

iii. Mucilage couvrant.

iv. Organisation procaryote avec ADN circulaire nu plié pour former un nucléoïde.

v. Nucléoïde attaché à une structure membraneuse appelée embossomée par une fourche en forme de Y.

vi. Sap vacuoles absentes. Au lieu de cela, des vacuoles à gaz se produisent dans un certain nombre de cas.

vii. Les organites à membrane couverte, y compris le réticulum endoplasmique, sont absents.

viii. Les ribosomes sont 70S dans la nature.

ix. La fission binaire est le mode de multiplication.

X. Nutrition variée incluant photoautotrophe, saprotrophe, parasitaire et chimioautotrophe. Les formes photoautotrophes possèdent de la bateriochlorophylle au lieu de la chlorophylle typique.

xi. Les flagelles, le cas échéant, sont à un seul brin. Ils sont fabriqués à partir d'une protéine appelée flagelline.

Les bactéries vivent dans le sol, les ruisseaux, la nourriture, en nous et dans pratiquement tous les endroits habitables (et parfois inhabitables) de la planète. Ils peuvent utiliser du vin, du yaourt et du compost de jardin. Sans eux, nous ne pourrions même pas digérer notre nourriture.

Tout l'azote serait éventuellement perdu dans l'atmosphère sans eux. Les bactéries sont de plus en plus utilisées comme outils de recherche et en biotechnologie, nous fournissant de l’ADN recombinant, des enzymes et des médicaments sur mesure. Nous les utilisons même de plus en plus pour nous débarrasser des déchets toxiques.

Les bactéries peuvent également vous faire respirer, respirer les dents, obstruer vos poumons, vous venger de Montezuma et vous tuer si vous (ou votre médecin) ne faites pas attention. Vous avez sans doute entendu parler d'Escherichia coli pathogène et de «bactéries mangeuses de chair». Peut-être avez-vous également entendu parler d'un nombre croissant de cas de tuberculose résistante aux antibiotiques et d'autres maladies d'origine bactérienne.

La microbiologie a encore des années excitantes (peut-être même effrayantes). Le domaine comprend l'étude des virus, des bactéries, des champignons et des protistes, mais il reste encore beaucoup à faire en étudiant les bactéries.

Les bactéries sont omniprésentes et revêtent une importance majeure pour les biologistes, les médecins, les environnementalistes, les préparateurs d'aliments et les maîtres brasseurs, sans parler du reste d'entre nous qui avons souffert d'infections bactériennes à un moment ou à un autre.

Les bactéries sont les microorganismes les plus abondants. Une poignée de sol peut en contenir des centaines et des milliers. Ils sont omniprésents dans tous les endroits où de la matière organique est présente - dans l’eau, l’air, le sol, sur et dans les corps de divers organismes. Ils peuvent tolérer des environnements extrêmes tels que les sources chaudes, les eaux gelées, les déserts, les océans profonds, les conditions acides, alcalines et salées.

Activités nocives des bactéries:

je. Détérioration des aliments:

Les bactéries saprotrophes provoquent la pourriture des légumes, des fruits, de la viande, du pain, du lait, du fromage, du beurre et la détérioration des confitures, des gelées et des cornichons.

ii. Intoxication alimentaire:

Le botulisme est causé par une bactérie anaérobie, Clostridium botulinum (= C. perfringens). La bactérie infecte les aliments en conserve. Les intoxications alimentaires courantes sont causées par Staphylococcus aureus. L'empoisonnement est accompagné de diarrhée et de vomissements. Une autre est la salmonellose qui est généralement produite par la consommation de viande contaminée. Les bactéries causant ce type d'intoxication sont Salmonella enteridis et S. typhimurium.

iii. Détérioration des articles domestiques:

Spirochaete cytophaga détériore les fibres de coton, le cuir et les articles en bois.

iv. Destruction de la pénicilline:

Bacillus brevis détruit la pénicilline.

v. Dénitrification des sols:

Thiobacillus denitrificans et Micrococcus denitrificans convertissent les nitrates du sol en azote gazeux.

vi. Désulfuration des sols:

Desulfovibrio desulfuricans transforme les sulfates du sol en H2S.

vii. Maladies:

Plus de 90% des maladies humaines et animales sont causées par des bactéries et plus de 40% des maladies de plantes.

Note # 12. Virus en microbiologie:

Depuis que les cellules vivantes ont évolué, les virus se retrouvent partout où la vie existe. L'origine des virus n'est pas connue car ils ne forment pas de fossiles. Par conséquent, les techniques moléculaires sont utilisées pour rechercher leur origine. Ces techniques reposent sur la disponibilité d’ADN ou d’ARN viral ancien. Malheureusement, la plupart des virus préservés et stockés dans les laboratoires ont moins de 90 ans.

Le virus est un parasite de tous les types d'organismes. Ils infectent les animaux, les plantes, les bactéries, les algues, les insectes, etc. Jusqu'à présent, la nature exacte des virus est ambiguë, qu'il s'agisse d'organismes vivants ou non-vivants. Si nous examinons la vie, il s’agit d’un ensemble complexe de processus se déroulant sous l’action de protéines régies par l’acide nucléique.

L'acide nucléique des organismes vivants est fonctionnel à tout moment. En dehors de la cellule vivante, les virus restent inactifs. Par conséquent, ils ne peuvent pas être considérés comme des organismes vivants. En outre, si nous considérons les maladies qu’ils provoquent, ils agissent en tant que pathogènes contre les bactéries, les champignons, les protozoaires, etc. Ainsi, sous cet angle, les virus peuvent être considérés comme un organisme vivant exceptionnellement simple ou comme un complexe exceptionnellement complexe ou des produits chimiques non vivants.

Alors comment définir un virus? Ce sont des parasites particulièrement petits, filtrables et obligatoires intracellulaires nécessitant un hôte vivant pour se multiplier. Lwoff (1957) a défini que «les virus sont des nucléoprotéines infectieuses potentiellement pathogènes, avec un seul type d'acide nucléique, qui se reproduisent à partir de leur matériel génétique, sont incapables de croître et de se diviser et sont dépourvus d'enzymes».

Luna et Darntell (1968) ont défini «les virus sont des entités dont le génome entier est un élément de l'acide nucléique qui se réplique dans les cellules vivantes à l'aide de la machinerie de synthèse cellulaire et provoque la synthèse d'éléments spécialisés qui peuvent transférer le génome viral vers une autre cellule». .

Lors de la définition des micro-organismes, les virus sont distingués sur la base de certains caractères, comme indiqué ci-dessous par Lwoff et Tournier (1962):

je. Ils sont tous potentiellement infectieux,

ii. Présence d'un seul acide nucléique,

iii. Incapacité de cultiver uniquement le matériel génétique,

iv. Reproduction à partir du matériel génétique uniquement,

v. Absence d'enzymes pour le métabolisme énergétique (système Lipman),

vi. Absence de ribosomes,

vii. Absence d'informations pour la production d'enzymes dans le cycle énergétique,

viii. Absence d'information sur la synthèse des protéines ribosomales,

ix. Absence d'information sur la synthèse de l'ARN ribosomal et de l'ARNt soluble.

Note # 13. Instrumentation de la microbiologie:

je. Microscopie:

Zoocharia Janssen (1590), spécialiste hollandaise du spectacle, utilisait une seconde lentille. Ainsi, l’image formée par la lentille primaire a été considérablement agrandie de l’ordre de 50 à 100 X. C’est le principe de base sur lequel repose le microscope à composition moderne.

En 1610, Galilée a inventé des «microscopes améliorés». Robert Hooke (1635-1703) a fabriqué et utilisé un microscope composé dans les années 1660 et a publié un livre intitulé «Micrographia». Le plus fort grossissement était de 200 X mais il n’observa pas de bactéries.

Antoni van Leeuwenhoek (1632-1723), un contemporain de Hooke, découvrit des microorganismes unicellulaires et vivant indépendamment qu'il appelait «animalcules». De toute évidence, ce sont des protozoaires et des bactéries. En raison de ce succès, il a été appelé "père de la microbiologie". Professionnellement, Leeuwenhoek était un marchand de linge. Pendant son temps, il fabriquait des lentilles minuscules, simples mais puissantes.

Ces instruments étaient de simples loupes, généralement composées de petites lentilles uniques, biconvexes, presque sphériques, mais elles donnaient un grossissement d'environ 300 X. La taille des objets qu'il a examinés a été déterminée par comparaison.

À cette fin, il utilisait parfois des grains de sable, des graines de millet ou de la moutarde ou des globules sanguins, etc. Au total, il fabriquait 419 lentilles, certaines montées en or, la plupart en laiton. C. Huygens développa deux oculaires de lentilles, tandis qu'Abber (1840-1905) développa des objectifs apochromatiques et un condensateur à sous-étages.

Les apochromatiques sont ceux qui sont relativement exempts d'aberrations chromatiques et sphériques. L’utilisation professionnelle du microscope composé a été observée après 1820. L’agrandissement total produit par les objectifs modernes et oculaires combinés est le produit de deux agrandissements. En plus du grossissement, la résolution permet de distinguer deux points adjacents.

ii . Colorimétrie:

La plupart des expériences biochimiques impliquent la mesure d'un composé ou d'un groupe de composés présents dans un mélange complexe. La méthode la plus largement utilisée pour déterminer la concentration de composés biochimiques est la colorimétrie, qui utilise ce principe lorsque la lumière blanche traverse une solution colorée, certaines longueurs d'onde étant absorbées plus que d'autres (Fig. 35.6).

De nombreux composés ne sont pas colorés, mais peuvent être convertis en composés colorés. Certains d'entre eux ne sont pas colorés même après la conversion mais peuvent être amenés à absorber la lumière dans la région visible par réaction avec des réactifs appropriés. Ces réactions sont souvent spécifiques et, dans la plupart des cas, assez sensibles, ce qui permet de mesurer des quantités de matière voisines de la concentration en millimoles par litre.

L'avantage majeur est qu'une isolation complète du composé n'est pas nécessaire et que les composants d'un mélange complexe tel que le sang peuvent être déterminés après peu de traitement. Comme discuté ci-dessous, la profondeur de la couleur est proportionnelle à la concentration de la quantité de lumière absorbée proportionnelle à l'intensité de la couleur et donc à la concentration. Le principe de la colorimétrie repose sur deux lois.

une. Loi de Lambert:

Lorsqu'un rayon de lumière monochromatique traverse un milieu absorbant, son intensité décroît de manière exponentielle à mesure que la longueur du milieu absorbant augmente.

b. Loi de Beer:

Lorsqu'un rayon de lumière monochromatique traverse un milieu absorbant, son intensité décroît de façon exponentielle à mesure que la concentration du milieu absorbant augmente.

Ces deux lois combinées sont appelées loi de Lambert-Beer (fig. 35.6).

Limites de la loi Lambert-Beer:

En raison de l'augmentation de la concentration de la solution, il est parfois possible d'obtenir un tracé non linéaire. Cela peut être dû aux raisons suivantes: (a) la lumière doit être rétrécie, de préférence monochromatique, (b) la longueur d'onde de la lumière utilisée doit être au maximum d'absorption de la solution.

Cela donne également la plus grande sensibilité, (c) il ne doit pas y avoir d’ionisation, d’association, de dissociation ou de solvatation du soluté avec la concentration ou le temps, (d) la solution est trop concentrée pour donner une couleur intense.

Le colorimètre photoélectrique:

Les dispositions de base d'un colorimètre typique sont illustrées à la Fig. 35.7. Dans cet instrument, lorsqu’une lumière blanche émise par une lampe au tungston traverse une fente, puis une lentille de condensation, elle produit un faisceau parallèle qui tombe sur la solution à examiner contenue dans une cellule d’absorption ou une cuvette. Il est fait de verre avec les côtés faisant face au faisceau taillés parallèlement les uns aux autres. Généralement, les échantillons de cellules mesurent 1 cm2 et contiendront 3 ml de liquide.

La cellule d'absorption est suivie d'un filtre, ce qui permet une transmission maximale de la couleur absorbée après la sélection. Si une solution bleue est à l'examen, le rouge est absorbé et un filtre rouge est sélectionné. La couleur du filtre est donc complémentaire à la couleur de la solution à étudier. Dans certains instruments, le filtre est situé avant la cellule d'absorption.

Les filtres donnent des bandes de transmission étroites et sont donc proches de la lumière monochromatique. Ensuite, la lumière tombe sur une cellule photoélectrique qui génère un courant électrique et est proportionnelle à l'intensité de la lumière.

L’amplificateur augmente le signal électrique et le transmet à un galvanomètre calibré avec une échelle logarithmique de manière à donner directement des lectures d’absorbance dans ces systèmes. La solution à blanc est d’abord introduite dans le colorimètre et le galvanomètre. est ajusté à zéro extinction, qui est suivie par la solution de test et l'extinction est lue directement Maintenant, une meilleure méthode consiste à diviser le faisceau lumineux, passer à travers l'échantillon et l'autre à travers le blanc.

Après cet équilibre, les deux circuits donnent une déviation nulle sur le galvanomètre. L'extinction est déterminée à partir de la lecture du potentiomètre qui équilibre le circuit.

iii. Technique de traçage:

Les isotopes sont utilisés comme traceurs pour suivre le cours des événements. De tels isotopes sont stables ( ² H, ¹⁵ N, ¹⁸ O, etc.) ou instables ( ³ H, ¹⁴ C, ³² P, ³⁵ S, etc.). Ce dernier émet des radiations ionisantes, par exemple des particules α, des particules β, des rayons. Les rayons X, etc. peuvent ainsi être facilement détectés par des instruments (compteur Geiger Muller, etc.) capables de détecter l’ionisation du milieu qu’ils traversent. La première nécessite des instruments tels qu'un spectromètre de masse qui, à l'aide d'un puissant champ magnétique, sépare un isotope lourd d'un isotope plus léger.

Les particules α constituant des noyaux d'hélium sont lourdes et ne peuvent donc pas pénétrer de longues distances mais sont fortement ionisantes. Les particules β sont beaucoup plus légères et parcourent des distances en fonction de leur énergie. Les rayons y et les rayons X sont encore plus pénétrants. Les isotopes instables se désintègrent de manière exponentielle en formes stables et le temps nécessaire à une demi-désintégration est appelé demi-vie du radio-isotope.

Ainsi, ¹³ N a une demi-vie de 10, 5 min, ³² P, 13, 8 jours, ³⁵ s, 85 jours. ³ H, 10 ans et ¹⁴ C, 5688 ans. ³ H émet de faibles rayons Y (0, 018 Mev) et ¹⁴ C (0, 156 Mev) et ³² P, 1, 6 MeV (1 Mev = 1 million ev) émettent de forts rayons. L'énergie du rayonnement, la demi-vie de l'isotope, la solubilité et le rôle métabolique de ses composés sont les principaux facteurs qui déterminent l'étendue des risques pour la santé d'un radio-isotope.

Avec les précautions appropriées, les radio-isotopes peuvent être manipulés, traités, détectés et mesurés avec pratiquement aucun risque ni danger. The movement of a radioactive element in a compound can also be traced by autoradiography.

When the energetic particles emitted by a radioisotope hit a scintillating substance like Nal, ZnS, anthracene, etc. photons are ejected; these photons interact with the silver halides present in the photographic emulsion and produce the black spots as in conventional photography. This principle is also followed in scintillation counting.

The unit of ratioactivity is curie or Bequerel named after the discoverer. One Curie (Ci) is equivalent to 3.7 x 10 ¹⁰ disintegrations per second. One Bequerel (Bq) is 10 ¹⁰ dps. When counts are taken under identical conditions the activity in curies can be calculated directly by reference to a standard.

Working with radioisotopes involves considerable health hazard, unless adequate precautions are taken. Blood counts have to be taken periodically and film badges should always be worn when handling a radioisotope. Under no circumstances radioactive substances should come in contact with any part of the body.

Care should always be taken so that no radioactive gas is inhaled. No one should eat, drink or smoke in a radio-isotope laboratory. One should handle radioisotopes, particularly β-emitters like ³² p or α-emitters like ⁶⁰ CO some distance away from the source. µCi quantities are usually used in biological studies and these are less hazardous.

Washing should never be pooled down a sink. They should be dried inside a hood and kept in a bin maintained for this purpose. The contents of bin have to be buried under ground in a safe place or sent to the Bhabha Atomic Research Centre, Bombay.

Hands, aprons, table tops, etc. should be monitored regularly and decontaminated, if necessary. Headache, dizziness, abnormal blood counts, etc. are indications of radiation sickness. Work must be stopped and doctors consulted in such cases.

Preparation of Samples for Radioactivity Measurement Procedure:

(a) Transfer 0.1 ml of the radioactive substance in solution to the planchet. Allow it to spread; add a few drops of distilled water or ethanol (if the substance is water or alcohol soluble) and place under a heating lamp at a distance where no splattering takes place.

(b) Place the planchets inside Petri dishes, cool and count.

For Solid Samples:

(a) Weigh the empty planchet.

(b) Transfer the fine powder with a spatula carefully to the planchet and spread to cover the entire surface. Pad the surface gently until it appears to be smooth.

(c) Weigh the planchet with the powder. Substract the initial weight of the planchet. If the difference exceeds the minimum thickness for saturation, take counts. If not more powder has to be introduced and the sample prepared again.

iv. Chromatography:

Tswett (1903) defined chromatography as the process of separation of coloured substances but now-a-days it is performed on mixtures of coloured substances including gases.

The common feature to all the chromatography methods is the use of two phases:

(a) stationary phase

b) phase mobile.

La séparation de la substance colorée dépend des deux phases. Sur la base de la nature de la phase stationnaire, la classification est donnée ci-dessous:

Si la phase stationnaire est solide, le processus s'appelle adsorption et la phase mobile est liquide, on parle de chromatographie de partage. La phase mobile peut être un liquide ou un gaz.

Sur la base de la phase stationnaire et mobile, le système de chromatographie est de quatre types:

a) Liquide - solide (par exemple, chromatographie par adsorption classique, CCM et échange d'ions)

b) Gaz solide (par exemple, chromatographie gaz solide)

c) Liquide-liquide (par exemple, chromatographie de partage classique, chromatographie sur papier)

d) Gaz-liquide (par exemple, chromatographie gaz-liquide, chromatographie sur colonne de capillaire)

Classification basée sur les méthodes:

La classification est basée sur des phases (solide ou liquide) appelées adsorption et partition. La phase d'adsorption peut contenir une phase mobile sous forme liquide ou gazeuse. De manière similaire, la chromatographie liquide de partage présente une phase mobile liquide ou une forme gazeuse de phase mobile, respectivement appelée chromatographie liquide-liquide et chromatographie gaz-liquide.

Toutes les séparations par chromatographie dépendent du fait que les substances à séparer se répartissent entre la phase mobile et les phases stationnaires dans des proportions qui varient d'une substance à l'autre. La manière dont les substances sont distribuées est discutée plus commodément en faisant référence à «l'isotherme de sorption».

Sorption Isotherm:

La quantité d'une substance particulière absorbée par la phase stationnaire "sorbée" dépend de la concentration en phase mobile. La courbe obtenue en traçant la quantité absorbée en fonction de la concentration à température constante est l'isotherme de sorption.

La forme de l'isotherme est l'un des facteurs les plus importants régissant le comportement de la chromatographie. Le terme «sorption» inclut l'adsorption qui fait référence à l'augmentation de la concentration à l'interface entre la phase mobile et la phase stationnaire (solide), tandis que l'absorption correspond à la dissolution d'une substance d'une phase mobile dans la phase liquide stationnaire.

v. Focussing Electro:

C'est une technique récente pour la séparation de protéines ou vous pouvez l'exprimer comme "électrophorèse dans un gradient de pH". Les protéines migrent dans un champ électrique, mais lorsqu'elles atteignent un point où le pH est le même que son point isoionique, leur mouvement ultérieur est empêché. Ceci est appelé électro-focalisation, car la protéine a été focalisée sur son point isoionique.