BACILLUS: CARACTÉRISTIQUES, REPRODUCTION, NUTRITION, MALADIES - LA BIOLOGIE - 2025

Bacillus est un genre de bactéries de la division Firmicutes qui se caractérisent par la formation de spores dans des conditions aérobies. Ils sont en forme de bâtonnet et sont généralement à Gram positif (bien que certains soient variables à Gram), avec des colonies qui présentent des organismes qui se colorent en rose et d'autres qui se colorent en violet.

Dans ces cas, les chercheurs ont constaté que le nombre d'organismes qui répondent en tant que Gram négatif augmente avec l'âge de la colonie en raison d'une diminution de l'épaisseur de la couche de pétidoglycane.

Bacillus flexus. Tiré et édité de: Dr. Sahay.

Les bactéries de ce genre peuvent être strictement aérobies ou anaérobies facultatives. La plupart sont mobiles en raison de la présence de flagelles, mais il existe également des représentants non mobiles. Ils peuvent être trouvés dans pratiquement n'importe quel environnement sur terre, y compris les environnements extrêmes, des hautes altitudes aux fonds marins.

Le genre a été utilisé en 1835 par Christian Gottfried Ehrenberg pour définir les bactéries en forme de bâtonnet, mais a ensuite été redéfini par Ferdinand Cohn et utilisé pour regrouper les bacilles sporulants dans des conditions aérobies, Gram-positives et facultatives aérobies ou anaérobies.

Certaines espèces présentent un intérêt médical car elles peuvent provoquer des maladies telles que le charbon (Bacillus anthracis) ou des maladies d'origine alimentaire (Bacillus cereus). D'autres sont utilisés pour obtenir des antibiotiques, des enzymes, comme probiotiques ou dans les processus de fermentation et en agriculture.

Caractéristiques générales

La principale caractéristique déterminante du genre est la capacité de produire des endospores dans des conditions aérobies. Ces spores se caractérisent par leur capacité à résister aux températures élevées, à la dessiccation, à l'action des désinfectants et même aux radiations.

La paroi cellulaire est composée de plusieurs couches de peptidoglycanes entrelacées, formant un solide échafaudage qui maintient la forme cellulaire et contient des acides teichoïque et lipothéichoïque.

Ils sont en forme de tige, droits ou légèrement courbés et peuvent être trouvés seuls, par paires et parfois en chaînes. La grande majorité d'entre eux sont mobiles en raison de la présence de flagelles péritriches, c'est-à-dire qu'ils se projettent dans toutes les directions. Cependant, Bacillus anthracis est dépourvu de flagelles.

La plupart des bactéries de ce genre sont Gram positives, cependant, certaines sont variables à Gram, c'est-à-dire qu'elles peuvent se colorer en rose ou en violet. En effet, la couche de peptidoglycane peut devenir moins épaisse et complexe à mesure que la bactérie vieillit, étant incapable de retenir le cristal violet lorsqu'elle est traitée avec de l'alcool.

Ce sont des organismes omniprésents et très résistants, avec des espèces capables de résister à des températures très élevées (thermophiles) ou très basses (psychrophiles), il existe également des espèces pouvant tolérer des environnements très acides ou très alcalins pour d'autres espèces.

Certaines espèces sont strictement aérobies, incapables de survivre dans des conditions anoxiques, tandis que d'autres espèces sont anaérobies facultatives.

Morphologie

Les bactéries Bacillus peuvent être en forme de bâtonnet, droites ou légèrement incurvées, généralement avec une extrémité arrondie, même si certaines cellules ont été décrites comme carrées (par exemple, Bacillus cereus).

Les cellules ont un diamètre qui varie de 0,4 à 1,8 microns et une longueur de 0,9 à 10,0 microns. Les dimensions des cellules au sein de chaque espèce et au sein de chaque souche ont tendance à avoir peu de variabilité.

Les cellules se produisent seules et par paires, certaines en chaînes et parfois en longs filaments. Selon l'espèce, la souche et les conditions de culture, les cellules filles peuvent se séparer.

Ainsi, la culture semble être composée de cellules individuelles et de paires de cellules en division lorsqu'elle est observée par microscopie à contraste de phase. Dans d'autres cas, les cellules filles peuvent rester attachées les unes aux autres, montrant ainsi des chaînes de cellules.

La morphologie des spores est une caractéristique taxonomique, bien que certaines variations puissent exister au sein de souches particulières. Les spores les plus courantes sont de forme ellipsoïdale ou ovale, mais les formes vont de cylindrique à ellipsoïdale, sphérique ou de forme irrégulière rappelant un rein ou une banane.

Taxonomie et classification

Taxonomiquement, le genre Bacillus est situé dans le Phylum Firmicutes, Classe Bacilli, Ordre Bacillales, Famille Bacillacea. Ce genre a été utilisé par Christian Gottfried Ehrenberg en 1835 pour regrouper les bactéries en forme de bâtonnet.

Puis Ferdinand Cohn, en 1872, a redéfini le groupe en tant que bactéries sporulées, résistantes à la chaleur, Gram-positives et facultatives aérobies ou anaérobies. L'espèce type du genre est Bacillus subtilis.

Les chercheurs ont déterminé en 1991 que le genre Bacillus, tel qu'il avait été traité jusqu'à présent, était polyphylétique. Par conséquent, ils ont procédé à un réarrangement du groupe Bacillus sensu lato, dont cinq nouveaux genres ont été extraits.

Le genre est subdivisé en deux groupes, d'une part le groupe de B. subtilis et des espèces apparentées, tandis que de l'autre il y a le groupe de B. cereus. Le premier regroupe les organismes de moins de 1 μm de diamètre, les sporanges non gonflés et les spores ellipsoïdales.

Le deuxième groupe, en revanche, contient des espèces de plus de 1 µm de diamètre, avec un sporange non gonflé et des spores elpsoïdales.

Où les trouve-t-on?

Les bactéries Bacillus ont été isolées principalement dans le sol, l'eau, la nourriture et des échantillons cliniques. Mais ils ont également été trouvés dans les environnements les plus inhabituels, tels que les sédiments océaniques à des milliers de mètres sous le niveau de la mer et dans des échantillons d'air stratosphérique, dans des piscines géothermiques acides, dans des eaux souterraines hautement alcalines et dans des lacs hypersalins terminaux.

D'autres ont été découverts dans des niches artificielles, des tombes mexicaines et des peintures murales romaines délabrées, aux salles ultra-propres des installations d'assemblage de vaisseaux spatiaux.

Les plantes sont également une riche source de nouvelles espèces de Bacillus, certaines endophytes et d'autres associées à la rhizosphère.

la reproduction

Les bactéries du genre Bacillus ont deux formes de reproduction asexuée: la fission binaire et la sporulation.

Fission binaire

La fission binaire est un type de reproduction qui se produit lorsque la bactérie se trouve dans un environnement favorable à son développement et permet une croissance exponentielle. La fission binaire implique une division mitotique résultant en deux cellules filles identiques.

Culture de Bacillus subtilis. Tiré et édité de: Un doute.

Reproduction de la sporulation

Ce second type est également connu pour la formation de spores. Il apparaît lorsqu'il y a une sorte de stress dans la colonie. Pendant la sporulation, une division cellulaire asymétrique se produit, entraînant la formation d'une cellule plus grande (cellule souche) et d'une cellule plus petite (prépore).

Le prépore est englobé par la cellule souche et recouvert de plusieurs couches protectrices, ce qui génère une perte d'eau et permet sa maturité. Après cela, la lyse de la cellule souche se produit et la libération de l'endospore, qui peut rester dormante jusqu'à ce que les conditions favorables soient rétablies.

Cette endospore, comme déjà mentionné, résiste aux températures extrêmes, à la dessiccation, à l'action des détergents et des radiations, et est la principale cause de la résistance de ces bactéries et de leur capacité à coloniser n'importe quel environnement.

Nutrition

La plupart des bactéries du genre Bacillus vivent dans le sol et leur nutrition est saprophyte, c'est-à-dire qu'elles se nourrissent de matière organique en décomposition.

D'autres espèces constituent la flore bactérienne des animaux. Dans ces cas, ils établissent une relation symbiotique dans laquelle ils profitent de la nourriture ingérée par leur hôte et produisent des enzymes qui aident à la digestion de ces aliments.

Enfin, certaines espèces peuvent agir comme des parasites opportunistes, se nourrissant directement de leur hôte.

Maladies

La plupart des espèces de Bacillus sont non pathogènes et ont rarement été associées à des maladies chez l'homme ou d'autres animaux. L'anthrax est la maladie la plus connue causée par ce type de bactéries, bien que les intoxications alimentaires et les infections opportunistes causées par Bacillus cereus soient également courantes.

Anthrax ou anthrax

Cette maladie est très contagieuse et est causée par la bactérie Bacillus anthracis. Elle peut affecter différentes parties du corps et sa pathogénicité dépend du tissu affecté, de la forme d'infection et du temps nécessaire entre l'infection et le début du traitement.

Culture de Bacillus anthracis, souche collectée à Kaimedo, Tokyo, Japon, site de l'incident de bioterrorisme de 1993. Tiré et édité de: Centers for Disease Control, États-Unis.

La forme la plus agressive de la maladie est l'anthrax pulmonaire, qui a un taux de mortalité élevé. Il peut également attaquer la peau (anthrax cutané) ou le système digestif. L'anthrax peut attaquer n'importe quel animal à sang chaud, y compris l'homme.

Les carcasses d'animaux tués par la maladie, ainsi que les terres contaminées par des matières fécales ou du sang d'animaux infectés constituent des réservoirs de la maladie.

Syndrome du riz frit

C'est un syndrome hémétique qui apparaît principalement en raison de la consommation de riz mal manipulé, bien qu'il puisse également se produire en raison de la consommation de produits laitiers et d'autres aliments. L'agent causal est la bactérie Bacillus cereus.

Ce syndrome est caractérisé par la présence de nausées et de vomissements, qui apparaissent 1 à 5 heures après l'ingestion d'aliments contaminés. Des crampes abdominales peuvent également survenir, mais la diarrhée est rare.

Il s'agit d'une maladie auto-limitée qui ne dure généralement pas plus de 48 heures, dans laquelle il est important d'éviter la déshydratation, le repos et la consommation de produits laitiers tant que les symptômes du syndrome persistent.

Endophtalmie

L'endophtalmie est une infection oculaire due à différents organismes pathogènes. La réponse inflammatoire de l'organe infecté peut provoquer un traumatisme au même œil.

Différentes espèces de bactéries sont liées à cette maladie, l'une des plus importantes étant Bacillus cereus, dont les infections provoquent des lésions au pronostic réservé.

Le traitement de la maladie consiste à administrer de la clindamycine ou de la vancomycine au patient, la dexaméthasone est également recommandée. Parfois, la maladie peut compromettre la vision. Dans ces cas, une ablation chirurgicale de l'humeur vitré est recommandée.

Autres maladies

Les bactéries Bacillus sont liées à différentes maladies qui affectent principalement les personnes dont le système immunitaire est affaibli. Ces maladies comprennent l'endocardite, la bactériémie, les infections cutanées et musculo-squelettiques, ainsi que la kératite.

L'espèce Bacillus megaterium, l'une des plus grandes espèces de bactéries, peut provoquer des abcès cérébraux.

Bacillus megatierium. Tiré et édité de: Alexastely.

Applications

Probiotiques

Selon l'Organisation mondiale de la santé, les probiotiques sont des microorganismes vivants qui ont des effets bénéfiques sur la santé des personnes ou des animaux qui les consomment en quantités adéquates dans leur alimentation.

Certaines espèces de Bacillus sont utilisées comme probiotiques, notamment B. coagulans. Parmi les avantages de manger cette bactérie, les chercheurs ont suggéré qu'elle soulage les symptômes du syndrome du côlon irritable. Il soulage également les symptômes de la polyarthrite rhumatoïde et des flatulences.

Un autre membre du genre utilisé comme probiotique est B. subtilis. Parmi les avantages de cet organisme en tant que probiotique, il y a le soulagement des inflammations intestinales et des infections urogénitales et l'arrêt de la diarrhée.

Les spores de cette bactérie, quant à elles, agissent contre le stress oxydatif causé par la kératinocyite.

Contrôleur biologique

Les bactéries du genre Bacillus produisent une variété de substances aux propriétés antibiotiques qui inhibent la croissance d'organismes phytopathogènes, tels que les lipopeptides cycliques non ribosomiques et les δ-endotoxines. Il est également utilisé dans l'industrie pharmacologique pour obtenir des antibiotiques contre les agents pathogènes humains.

Environ 75% des biopesticides commercialisés dans le monde sont produits à base de Bacillus thuringiensis. D'autres espèces, telles que B. subtilis, B. pumilus et B. amyloliquefaciens, sont également utilisées commercialement, principalement pour la fabrication de fongicides.

Autres utilisations

L'industrie utilise également des bactéries du genre Bacillus également pour la production commerciale d'enzymes et pour la production de détergents. De plus, ils font partie des micro-organismes les plus largement utilisés dans les études de microbiologie, de biologie moléculaire ou de génie génétique, entre autres.

Cycle de vie

Dans des conditions adéquates de nutrition, température, pH, composition atmosphérique, entre autres, les cellules de Bacillus se développent et se divisent par fission binaire, une forme de reproduction asexuée qui consiste en une duplication de l'ADN, suivie de la division du cytoplasme par un septum diviseur qui traverse le centre de la cellule, donnant naissance à deux cellules filles.

Conditions adverses

Cependant, lorsque les conditions environnementales sont défavorables, les cellules végétatives génèrent des endospores, qui sont des structures cellulaires qui ne contiennent pas d'ATP et qui ont des métabolismes extrêmement latents, ce qui confère une résistance.

Les endospores se forment à la fin de la phase de croissance exponentielle. On sait que de nombreux autres facteurs affectent la formation des endospores, tels que la température de croissance, le pH environnemental, l'aération, la présence de certains minéraux et sources de carbone, d'azote et de phosphore et leurs concentrations. Une autre influence est la densité de la population.

Étapes spores-cellules végétatives dormantes

La conversion des spores dormantes en cellules végétatives comprend trois étapes: l'activation, la germination et la croissance. L'inactivité est interrompue par des changements favorables de température ou par le vieillissement des cellules.

Cependant, de nombreuses espèces ne nécessitent pas une telle activation. En sortant de dormance, si la spore rencontre des conditions environnementales appropriées, la germination est déclenchée, par la perte de réfractance, une hydrolyse rapide du cortex et la dégradation de petites protéines acides solubles qui lui confèrent une résistance aux agents. chimique et rayonnement.

Le protoplaste des spores germées gonfle visiblement en raison de l'absorption d'eau, la biosynthèse est reprise et une nouvelle cellule végétative émerge de la couche de spores de rotame, donnant lieu à une nouvelle période de reproduction végétative.

Espèces en vedette

Bacillus cereus

Cette espèce est une bactérie à Gram positif que l'on trouve couramment dans les sols, l'eau et les aliments dans toutes les zones tempérées du monde. C'est une espèce anaérobie facultative qui peut se déplacer sous l'action de flagelles péritriches.

Cette bactérie est l'un des principaux coupables de maladies d'origine alimentaire, avec possibilité de syndrome émétique ou de syndrome toxique-infectieux. Bacillus cereus peut également provoquer diverses maladies non gastro-intestinales, telles que l'endocardite, la bactériémie, l'endophtalmie ou des infections cutanées chroniques, entre autres.

Parce qu'il possède des endospores très résistantes, son élimination n'est pas obtenue à la cuisson, ni à la congélation, mais cette dernière arrête sa croissance, il est donc conseillé d'utiliser des températures inférieures à 6 ° C si l'aliment doit être conservé. pendant de longues périodes.

Bacillus anthracis

C'est une espèce du genre qui se caractérise par être immobile en raison de l'absence de flagelles, contrairement à ce qui se passe avec le reste des représentants du genre. Il est anaérobie Gram positif et facultatif.

Cette bactérie est responsable de l'anthrax et sa pathogénicité dépend de deux facteurs de virulence, un polypeptide capsulaire appelé Substance P et une exotoxine protéique appelée Facteur B.

Il existe de nombreuses souches de cette bactérie, dont la virulence varie entre elles. Les souches les plus virulentes ont été utilisées comme armes biologiques.

Bacillus subtilis

Bactéries à Gram positif et à catalase positive qui habitent le sol. Il est en forme de tige avec des bords arrondis et mesure 2-3 microns de long sur 1 micron de large. Cette bactérie est presque exclusivement aérobie, mais peut survivre dans des environnements anoxiques.

Il est considéré comme sûr pour l'homme, mais il existe des cas isolés d'intoxication par des aliments contaminés par cette espèce. Dans ces cas, les symptômes sont similaires à ceux de l'intoxication par Bacillus cereus.

C'est l'une des espèces bactériennes les plus étudiées et les chercheurs la considèrent comme la version Gram positive d'Escherichia coli. Il est également considéré comme un organisme modèle pour les études de laboratoire, en particulier dans les études de manipulation génétique.

Bacillus subtilis produit de la bactricine, un antibiotique bactéricide efficace dans le traitement des bactéries à Gram positif, telles que Staphylococcus aureus. Il produit également des composés bioactifs à activité antifongique et des substances utilisées dans la production de détergents.

Bacillus thuringiensis

Bacille à Gram positif qui habite le sol, les surfaces des plantes et dans les intestins des chenilles de diverses espèces de papillons et de mites. Il est caractérisé parce que pendant le processus de sporulation, ils produisent des cristaux de protéines qui possèdent des propriétés insecticides.

Grâce à ces cristaux, appelés endotoxines δ, les spores et les cristaux de protéines de Bacillus thuringensis sont utilisés comme biopesticides depuis plus de 100 ans.

Les chercheurs ont introduit l'information génétique de cette plante, par génie génétique, à diverses espèces de plantes, telles que la pomme de terre, le coton ou le maïs, afin que les plantes produisent des substances aux propriétés insecticides.

Références

1. EW Nester, CE Roberts, NN Pearshall et BJ McCarthy (1978). Microbiologie. 2e édition. Holt, Rinehart et Winston.
2. S. Hogg (2005). Microbiologie essentielle. John Wiley & Sons, LTD.
3. C. Lyre. Bacillus cereus: caractéristiques, morphologie, habitat, symptômes de contagion, traitement. Récupéré de: lifeder.com.
4. B. López. Bacillus subtilis: caractéristiques, morphologie, maladies. Récupéré de: lifeder.com.
5. D. Fritz (2004). Taxonomie du genre Bacillus et des genres apparentés: les bactéries aérobies formant des endospores. Phytopatoly
6. PCB Turnbull (1996). Chapitre 15. Bacillus. Dans: Baron S, éditeur. Microbiologie médicale. 4e édition. Galveston (TX): Direction médicale de l'Université du Texas à Galveston.
7. Bacille. Sur Wikipedia. Récupéré de en.wikipedia.org