La microbiologie est la science des organismes trop petits pour être vus à l'oeil nu : bactéries, archées, champignons microscopiques, protistes et, par extension, virus. Ce premier chapitre pose le cadre du module : comment on classe ces organismes, ce qui distingue une cellule procaryote d'une cellule eucaryote, et par quelles techniques on les observe et on les identifie. Ces notions servent de socle à tous les chapitres suivants et tombent régulièrement en question de cours.
1. L'objet de la microbiologie
La microbiologie étudie l'identification et la caractérisation des micro-organismes, leur origine et leur évolution, leurs besoins nutritifs, les produits de leur activité et les relations qu'ils entretiennent entre eux et avec les autres êtres vivants. Elle est née de l'observation : Antoni van Leeuwenhoek décrit ses « animalcules » à la fin du XVIIe siècle ; Louis Pasteur réfute la génération spontanée et fonde la microbiologie expérimentale ; Robert Koch apporte les milieux solides, la culture pure et les postulats qui relient un micro-organisme à une maladie.
En S6, l'accent est mis sur la microbiologie appliquée : on ne se contente plus de décrire la cellule bactérienne, on exploite ses activités. Fermentations alimentaires, production d'antibiotiques et d'enzymes, traitement des eaux usées, biodégradation des polluants, biofertilisation des sols : toutes ces applications reposent sur la maîtrise du métabolisme, de la croissance et de la génétique des micro-organismes étudiés dans les chapitres suivants.
2. Les trois domaines du vivant
La comparaison des séquences de l'ARN ribosomique 16S (18S chez les eucaryotes), proposée par Carl Woese, a conduit à répartir le vivant en trois domaines : les Bacteria, les Archaea et les Eukarya. Bactéries et archées sont toutes deux procaryotes — pas de noyau vrai, ADN circulaire dans un nucléoïde, ribosomes 70S — mais elles diffèrent profondément par leur chimie : la paroi des bactéries contient du peptidoglycane, celle des archées non ; les lipides membranaires des archées sont des éthers d'isoprénoïdes liés au glycérol, et non des esters d'acides gras.
Beaucoup d'archées sont extrémophiles : halophiles des marais salants, thermophiles et hyperthermophiles des sources chaudes, acidophiles, et surtout méthanogènes strictement anaérobies, seuls organismes capables de produire du méthane biologique — un point central en digestion anaérobie et en production de biogaz. Les micro-organismes eucaryotes regroupent les levures et moisissures (paroi chitineuse ou glucanique), les algues microscopiques et les protozoaires. Les virus, acellulaires et parasites intracellulaires obligatoires, restent hors de cette classification.
3. Organisation de la cellule bactérienne
Une bactérie mesure typiquement 0,5 à 5 µm. Ses constituants constants sont la paroi, la membrane cytoplasmique, le cytoplasme avec ses ribosomes 70S et le nucléoïde portant un chromosome circulaire unique. Les constituants inconstants — présents seulement chez certaines espèces — sont la capsule (polysaccharidique, facteur de virulence et d'adhésion), les flagelles (mobilité), les pili (adhésion, et pilus sexuel pour la conjugaison), les plasmides et les spores. Les morphologies de base sont le coque, le bacille, le vibrion incurvé et le spirille en hélice.
L'endospore des genres Bacillus et Clostridium est une forme de résistance déshydratée, riche en acide dipicolinique et en calcium, capable de survivre à la chaleur, aux radiations et à la dessiccation. C'est la cible de référence en stérilisation : un procédé n'est validé que s'il détruit les spores, beaucoup plus résistantes que les formes végétatives.
4. La coloration de Gram et la paroi
La coloration de Gram reste le premier examen d'identification. Elle enchaîne quatre étapes : cristal violet, mordançage au lugol, décoloration à l'alcool ou à l'alcool-acétone, contre-coloration à la fuchsine ou à la safranine. Les bactéries Gram positif retiennent le complexe cristal violet-iode grâce à une couche épaisse et multistratifiée de peptidoglycane associée à des acides téichoïques : elles apparaissent violettes. Les bactéries Gram négatif, dont le peptidoglycane est fin et recouvert d'une membrane externe riche en lipopolysaccharide (LPS), sont décolorées puis recolorées en rose.
Cette différence de paroi a des conséquences pratiques majeures : le LPS des Gram négatif est l'endotoxine responsable des chocs septiques, et la membrane externe forme une barrière de perméabilité qui explique la résistance naturelle de nombreux Gram négatif à des antibiotiques actifs sur les Gram positif. À l'inverse, le lysozyme et les bêta-lactamines, qui attaquent le peptidoglycane, sont particulièrement efficaces sur les Gram positif.
5. Méthodes d'étude et d'identification
L'identification classique combine l'examen microscopique (état frais pour la mobilité, Gram), la culture sur milieux sélectifs et différentiels, puis l'étude des caractères biochimiques : galeries d'identification, catalase, oxydase, fermentation des sucres, production d'indole, uréase, réduction des nitrates. On complète par l'antibiogramme, qui mesure la sensibilité de la souche aux antibiotiques.
Les méthodes moléculaires ont bouleversé la discipline. Le séquençage du gène de l'ARNr 16S permet d'identifier une souche sans la cultiver, la PCR quantitative détecte des pathogènes en quelques heures, et la métagénomique décrit des communautés entières à partir de l'ADN total d'un échantillon de sol, d'eau ou d'intestin. Ces approches ont révélé que la grande majorité des micro-organismes de l'environnement sont viables mais non cultivables sur les milieux usuels.
Être vivant de taille microscopique, le plus souvent unicellulaire, dont l'observation exige un microscope : bactérie, archée, levure, moisissure, algue microscopique ou protozoaire.
Population issue d'une seule cellule mère et ne contenant qu'une seule espèce ; elle s'obtient par isolement en stries ou en milieu solide et conditionne toute identification fiable.
| Critère | Bacteria | Archaea | Eucaryotes microbiens |
|---|---|---|---|
| Noyau | Absent (nucléoïde) | Absent (nucléoïde) | Présent |
| Paroi | Peptidoglycane | Sans peptidoglycane | Chitine, glucanes ou cellulose |
| Lipides membranaires | Esters d'acides gras | Éthers d'isoprénoïdes | Esters d'acides gras |
| Ribosomes | 70S | 70S | 80S |
| Exemples | Escherichia, Bacillus | Méthanogènes, halophiles | Levures, moisissures, protozoaires |
Bactéries, archées et micro-organismes eucaryotes
- Trois domaines définis par l'ARNr 16S/18S : Bacteria, Archaea, Eukarya.
- Procaryote = pas de noyau, ADN circulaire, ribosomes 70S ; eucaryote = noyau et organites, ribosomes 80S.
- Gram positif : peptidoglycane épais, violet — Gram négatif : peptidoglycane fin + membrane externe à LPS, rose.
- Constituants inconstants : capsule, flagelles, pili, plasmides, spores.
- L'endospore est la forme de résistance de référence en stérilisation.
- Identification : microscopie et biochimie classiques, puis séquençage 16S et métagénomique.
Les sujets marocains commencent souvent par un tableau comparatif Gram positif / Gram négatif ou procaryote / eucaryote : apprends-le dans les deux sens. Le piège le plus fréquent est de confondre l'ordre des étapes du Gram, ou d'attribuer le peptidoglycane aux archées. On te demande aussi régulièrement de citer les constituants constants et inconstants de la bactérie : ne mélange pas les deux listes.