الاستعداد لمباراة CRMEFPréparation CRMEFمباراة CRMEFCRMEF SVT

النمو البكتيري

أهداف الدرس

في نهاية هذا الدرس، ينبغي أن تكون قادرًا على:

  • تعريفُ النمو البكتيري بوصفه ازديادًا لعدد أفراد الساكنة لا لحجم الفرد، وربطُه بالانشطار الثنائي؛
  • توظيفُ العلاقات الكمية للنمو الأسي (N = N₀ × 2ⁿ، زمن التوليد g، معدل النمو µ) في حل تمرين عددي؛
  • تحديدُ مراحل منحنى النمو في الزرع المتقطع وتعليلُ كل مرحلة بأسبابها الفيزيولوجية؛
  • المقارنةُ بين طرق قياس النمو والتمييزُ بين العدد الكلي والعدد الحي ونتائج هذا التمييز؛
  • شرحُ مبدأ الزرع المستمر (chémostat) وبيانُ سبب بقاء الساكنة في الطور الأسي؛
  • تحليلُ أثر الحرارة والـpH والنشاط المائي في النمو بمفهوم القيم الحدّية والمثلى؛
  • التمييزُ بين عامل مثبِّط للنمو وعامل مبيد للبكتيريات، وتعريفُ التركيز الأدنى المثبِّط.

1. مفهوم النمو البكتيري

الأساس الخلوي: تتضاعف البكتيرية بـالانشطار الثنائي (scissiparité) في أربع خطوات متداخلة:

  1. تضاعف الصبغي الحلقي انطلاقًا من نقطة أصل وحيدة؛
  2. استطالة الخلية وانفصال النسختين نحو قطبيها؛
  3. تكوّن حاجز (septum) غشائي وجداري في الوسط؛
  4. انفصال خليتين بنتين متطابقتين وراثيًا.

نتيجة أساسية: النمو البكتيري أسّي بطبيعته لأن كل خلية تعطي خليتين: تتضاعف الساكنة عند كل جيل، لا تزداد بمقدار ثابت.

2. القوانين الكمية للنمو الأسي

2.1 العلاقات الأساسية

إذا انطلقنا من عدد ابتدائي N₀ من الخلايا، وبعد n من الأجيال:

N = N₀ × 2ⁿ

ومنه، بأخذ اللوغاريتم:

log N = log N₀ + n · log 2

2.2 قيم مرجعية

النوع زمن التوليد g في الظروف المثلى
Escherichia coli ≈ 20 دقيقة
Staphylococcus aureus ≈ 30 دقيقة
Mycobacterium tuberculosis 15 – 20 ساعة
Treponema pallidum ≈ 33 ساعة

نتيجة عملية: طول زمن التوليد عند المتفطرة السلية يفسّر بطء التشخيص المخبري بالزرع (أسابيع) وطول مدة العلاج، وهو استنتاج تُبنى عليه أسئلة كثيرة.

2.3 مثال محلول

زرع ابتدائي يضم N₀ = 10³ خلية من E. coli، g = 20 دقيقة، مدة الحضانة t = 3 ساعات.

  • عدد الأجيال: n = t / g = 180 / 20 = 9 أجيال؛
  • العدد النهائي: N = 10³ × 2⁹ = 10³ × 512 = 5,12 × 10⁵ خلية؛
  • معدل النمو: µ = 0,693 / 0,333 h ≈ 2,08 h⁻¹.

3. منحنى النمو في الزرع المتقطع

الزرع المتقطع (culture discontinue / en batch): وسط مغلق، حجم ثابت، لا إضافة للمغذيات ولا سحب للفضلات. وهو النموذج المرجعي لدراسة النمو.

المرحلة سلوك log N التفسير الفيزيولوجي
1. طور الكمون (latence) ثابت تكيّف مع الوسط الجديد: تركيب الأنزيمات اللازمة، إصلاح الأضرار، تخزين الوسائط الاستقلابية. الخلايا نشيطة استقلابيًا لكنها لا تنقسم
2. طور التسارع تزايد متسارع دخول تدريجي للخلايا في الانقسام
3. الطور الأسي (exponentielle / logarithmique) مستقيم تصاعدي نمو متوازن بمعدل ثابت أقصى؛ خصائص الخلايا موحّدة، وهو الطور المرجعي لقياس g وµ
4. طور التباطؤ تناقص الميل استنفاد تدريجي لمغذٍّ محدِّد وتراكم للفضلات
5. الطور المستقر (stationnaire) ثابت أقصى توازن بين معدل الانقسام ومعدل الموت؛ تغيّرات فيزيولوجية (تكوّن الأبواغ عند بعض الأجناس، تركيب مستقلبات ثانوية)
6. طور الاضمحلال (déclin) تناقص غلبة الموت والانحلال الذاتي (autolyse) بسبب نفاد المغذيات وسمّية الوسط

العوامل المفسِّرة لطول طور الكمون: طبيعة اللقاح (خلايا من طور أسي أم من طور مستقر)، تطابق الوسط الجديد مع السابق، حالة الخلايا (إجهاد، إتلاف). فإذا نُقلت خلايا من طور أسي إلى وسط مطابق للأول، يكاد طور الكمون ينعدم.

صورة 1 — قيد الإعداد
وصف الوثيقة

خطاطة علمية تعليمية بأسلوب كتاب مدرسي، رسم مسطح (flat vector) بخطوط واضحة، تعرض مبيانًا: محور الأفاصيل أفقي مسمّى «الزمن» ومحور الأراتيب عمودي مسمّى «log N (عدد الخلايا)». يُرسم منحنى النمو الكلاسيكي بخط متصل سميك بلون أزرق يمر بستة مقاطع مفصولة بخطوط عمودية متقطعة رمادية، ومسمّى كل مقطع فوقه: «1. طور الكمون» (أفقي)، «2. طور التسارع» (منحنٍ صاعد)، «3. الطور الأسي» (مستقيم مائل، مع رسم مثلث صغير يبيّن ميل المستقيم مسمّى «معدل النمو µ»)، «4. طور التباطؤ»، «5. الطور المستقر» (أفقي في الأعلى)، «6. طور الاضمحلال» (نازل). يُضاف منحنى ثانٍ متقطع بلون أحمر مسمّى «العدد الحي (UFC)» ينطبق على الأول حتى الطور المستقر ثم ينفصل عنه نازلًا، بينما يُسمّى المنحنى الأزرق «العدد الكلي»، مع سهم وتعليق قصير عند نقطة الانفصال. خلفية بيضاء نظيفة، تسميات بخط عربي واضح مع المقابل الفرنسي بين قوسين، اتجاه القراءة من اليمين إلى اليسار، دقة في تناسب المقاطع

4. طرق قياس النمو

الطريقة المبدأ ما تقيسه حدودها
العدّ المجهري المباشر (خلية توما) عدّ الخلايا في حجم معلوم العدد الكلي (حية وميتة) لا يميّز الحية من الميتة؛ غير دقيق في التراكيز الضعيفة
العدّ على وسط صلب (UFC) زرع تخافيف متتالية وعدّ المستعمرات العدد الحي: وحدات مكوّنة لمستعمرة كل تجمّع خلايا يعطي مستعمرة واحدة ← تقدير بالنقص؛ يتطلب 24–48 ساعة
قياس العكارة (turbidimétrie) قياس الكثافة الضوئية DO عند 600 nm الكتلة الحيوية الإجمالية لا يميّز الحية من الميتة؛ خطّية محدودة في التراكيز المرتفعة
الكتلة الجافة وزن بعد التجفيف الكتلة الحيوية يتطلب كميات كبيرة؛ متلِف للعيّنة
معايرة مكوّن (ADN، بروتينات، ATP) قياس كيميائي غير مباشر الكتلة الحيوية يفترض ثبات نسبة المكوّن، وهي متغيرة حسب الطور

5. الزرع المستمر: الكيموستات

في الزرع المتقطع تكون الظروف متغيرة باستمرار، فيتعذّر ضبط أثر عامل واحد. ولتجاوز ذلك يُستعمل الزرع المستمر (culture continue):

المبدأ: يُضخّ وسط جديد بصبيب ثابت F إلى مفاعل ذي حجم ثابت V، ويُسحب في الوقت نفسه الحجم نفسه من الزرع (خلايا + فضلات).

  • معدل التخفيف (taux de dilution): D = F / V (وحدته h⁻¹)؛
  • في حالة الاستقرار (état stationnaire): معدل النمو يساوي معدل التخفيف: µ = D؛
  • إذا كان D > µmax: تُسحب الخلايا أسرع مما تتضاعف ← غسل المفاعل (lessivage) وانقراض الزرع.

النتيجة النظرية المهمة: يمكن للمجرّب أن يفرض على الساكنة معدل نموها بضبط الصبيب، وأن يبقيها في الطور الأسي وبكثافة ثابتة مدة غير محدودة. وبذلك يصبح الزرع المستمر أداة لدراسة أثر عامل واحد (تركيز مغذٍّ محدِّد مثلًا) مع تثبيت الباقي، خلافًا للزرع المتقطع.

نوعان: الكيموستات (chémostat) حيث يُضبط النمو بتركيز مغذٍّ محدِّد، والتوربيدوستات (turbidostat) حيث يُضبط الصبيب آليًا للحفاظ على عكارة ثابتة. وللزرع المستمر تطبيقات صناعية واسعة في إنتاج المستقلبات والبروتينات.

صورة 2 — قيد الإعداد
وصف الوثيقة

خطاطة علمية تعليمية بأسلوب كتاب مدرسي، رسم مسطح (flat vector) بخطوط واضحة، تعرض تركيب كيموستات: خزّان علوي مسمّى «خزّان الوسط المغذي الجديد» تخرج منه أنبوبة نازلة عبر مضخّة مرسومة كدائرة صغيرة مسمّاة «مضخّة، صبيب F» نحو مفاعل زجاجي مركزي مسمّى «مفاعل الزرع، حجم ثابت V» يحتوي سائلًا مرسومًا بنقاط صغيرة تمثّل البكتيريات وبداخله محرّك خلط في الأسفل ومدخل هوائي جانبي مسمّى «تهوية»؛ ومن الجزء العلوي للمفاعل تخرج أنبوبة فائض مسمّاة «سحب بنفس الصبيب F (خلايا + فضلات)» نحو وعاء تجميع سفلي مسمّى «وعاء التجميع». يوضع إلى جانب المفاعل إطار صغير يحمل العلاقتين: «D = F / V» و«في حالة الاستقرار: µ = D». خلفية بيضاء نظيفة، تسميات بخط عربي واضح مع المقابل الفرنسي بين قوسين، اتجاه القراءة من اليمين إلى اليسار، رسم تقني دقيق

6. العوامل الفيزيائية المؤثرة في النمو

لكل عامل فيزيائي ثلاث قيم حدّية (valeurs cardinales): حدّ أدنى، قيمة مثلى، حدّ أقصى؛ ويتوقف النمو خارج المجال المحصور بين الحدّين.

6.1 درجة الحرارة

الصنف المجال التقريبي القيمة المثلى أمثلة
محبّة للبرودة (psychrophile) −5 إلى 20 °C ≈ 15 °C بكتيريات المحيطات الباردة، مفسدات الأغذية المبرّدة
معتدلة (mésophile) 10 إلى 45 °C 30 – 37 °C أغلب البكتيريات، وكل الممرضات البشرية
محبّة للحرارة (thermophile) 40 إلى 75 °C ≈ 60 °C بكتيريات الأسمدة العضوية والينابيع الحارة
محبّة للحرارة القصوى (hyperthermophile) 65 إلى 115 °C > 80 °C عتائق الفوهات المائية الحرارية

آلية التأثير: ارتفاع الحرارة يزيد سرعة التفاعلات الأنزيمية حتى القيمة المثلى، ثم يؤدي فوقها إلى تمسخ البروتينات (dénaturation) وإتلاف الأغشية، فينهار النمو انهيارًا حادًا. لذلك يكون منحنى النمو بدلالة الحرارة غير متماثل: صعود تدريجي ثم نزول حادّ.

6.2 الـpH

  • محبّة للحموضة (acidophiles): pH مثلى < 5,5؛
  • متعادلة (neutrophiles): 6,5 – 7,5 — وهي حالة أغلب البكتيريات والممرضات؛
  • محبّة للقلوية (alcalophiles): > 8,5.

Helicobacter pylori حالة نموذجية: بكتيرية متعادلة تستعمر وسطًا معديًا شديد الحموضة، وتحمي نفسها بإفراز الأوريياز الذي يحرّر النشادر فيرفع pH محيطها المباشر — مثال على أن مقاومة عامل بيئي قد تكون نشيطة لا مجرد تحمّل.

6.3 النشاط المائي والضغط الأسموزي

النشاط المائي (activité de l'eau, aw) يقيس توفّر الماء الحرّ. يتطلب أغلب البكتيريات aw > 0,90. ورفعُ تركيز المذابات (ملح، سكر) يخفض aw ويُخرج الماء من الخلية بالتناضح فيوقف النمو — وهو مبدأ الحفظ التقليدي بالتمليح والتحلية والتجفيف.

وتُميَّز البكتيريات المحبّة للملوحة (halophiles) التي تتطلب تركيزًا ملحيًا مرتفعًا، عن المتحمّلة للملوحة (halotolérantes) مثل Staphylococcus aureus التي تنمو بحضورها دون أن تتطلبها — وهو تمييز نظير للتمييز بين «الاختياري» و«المتحمّل» في الأنماط التنفسية.

7. العوامل الكيميائية والتحكم في النمو

7.1 الحاجيات الغذائية

يتطلب النمو مصدرًا للطاقة والكربون (الدرس 43)، ومصادر للآزوت والفوسفور والكبريت، وأملاحًا معدنية، وأحيانًا عوامل نمو (facteurs de croissance): جزيئات ضرورية لا تستطيع البكتيرية تركيبها (فيتامينات، أحماض أمينية، قواعد آزوتية). وتُسمّى البكتيرية المحتاجة إليها متطلّبة (auxotrophe)، مقابل البدئية (prototrophe) المكتفية بوسط أدنى. ويُستثمر هذا الفرق في التشخيص وفي انتقاء الطفرات.

7.2 المفهومان المركزيان: مثبِّط ومبيد

المفهوم الأثر على المنحنى النتيجة عند إزالة العامل
مثبِّط للنمو (bactériostatique) توقف الزيادة مع بقاء العدد الحي ثابتًا استئناف النمو
مبيد للبكتيريات (bactéricide) تناقص العدد الحي لا استئناف

هذا التمييز يُقرأ مباشرة من منحنى العدد الحي، وهو نمط سؤال متكرر: منحنى أفقي بعد إضافة عامل ← تأثير مثبِّط؛ منحنى نازل ← تأثير مبيد.

ويُميَّز عمليًا بين التعقيم (stérilisation) الذي يُتلف كل أشكال الحياة بما فيها الأبواغ، والتطهير (désinfection) الذي يخفض العدد الحي دون ضمان إتلاف الأبواغ — والفارق بينهما راجع أساسًا إلى مقاومة البوغ الداخلي التي سبق ذكرها في الدرس 42.

8. خلاصة

  1. النمو البكتيري ظاهرة جماعية: ازدياد عدد أفراد الساكنة بالانشطار الثنائي، لا زيادة حجم الفرد؛ وهو أسّي بطبيعته لأن كل خلية تعطي خليتين.
  2. العلاقات الكمية: N = N₀ × 2ⁿ، n = t/g، µ = ln2/g؛ ويُمثَّل النمو بـlog N لتحويل الطور الأسي إلى مستقيم ميله معدل النمو.
  3. زمن التوليد صفة نوعية: ≈ 20 دقيقة عند E. coli مقابل 15–20 ساعة عند Mycobacterium tuberculosis، وهو ما يفسّر بطء تشخيص السل بالزرع.
  4. يمر منحنى الزرع المتقطع بستة أطوار: كمون، تسارع، أسّي، تباطؤ، مستقر، اضمحلال؛ ويُفسَّر كل طور باستنفاد المغذيات وتراكم الفضلات والتكيّف الأنزيمي.
  5. طرق القياس تنقسم إلى ما يقيس العدد الكلي (العدّ المجهري، الكثافة الضوئية) وما يقيس العدد الحي (UFC)؛ وانفصال المنحنيين في الطور المستقر وما بعده هو مفتاح تحليل الوثائق. وUFC ليست مرادفًا للخلية.
  6. يسمح الزرع المستمر (كيموستات) بإبقاء الساكنة في الطور الأسي إلى أجل غير مسمّى: D = F/V، وفي حالة الاستقرار µ = D، مع خطر غسل المفاعل إذا تجاوز D قيمة µmax.
  7. لكل عامل فيزيائي قيم حدّية: الحرارة (محبّة للبرودة/معتدلة/محبّة للحرارة/محبّة للحرارة القصوى)، الـpH، والنشاط المائي aw الذي يؤسس لحفظ الأغذية بالتمليح والتجفيف.
  8. يُميَّز العامل المثبِّط عن العامل المبيد بقراءة منحنى العدد الحي (أفقي مقابل نازل)، ويُقاس أثر المواد المضادة بـالتركيز الأدنى المثبِّط (CMI)؛ ويعود الفارق بين التعقيم والتطهير أساسًا إلى مقاومة الأبواغ.

الدرس الموالي

أنماط نقل المادة الوراثية البكتيرية: الاقتران، التنبيغ، التحول. أُشير في هذا الدرس إلى أن تطابق الخلايا البنتين ليس مطلقًا وأن الساكنة المنحدرة من خلية واحدة قد تكتسب صفات جديدة كمقاومة المضادات الحيوية. ويخصَّص الدرس الموالي لآليات هذا الاكتساب: الانتقالات الأفقية للمورثات بين البكتيريات، بمقارنة آلياتها الثلاث وأدوارها في التنوع والتكيّف.

La croissance bactérienne

Objectifs de la leçon

À la fin de cette leçon, vous devez être capable de :

  • définir la croissance bactérienne comme l'augmentation du nombre d'individus de la population et non de la taille de l'individu, et la relier à la scissiparité ;
  • utiliser les relations quantitatives de la croissance exponentielle (N = N₀ × 2ⁿ, temps de génération g, taux de croissance µ) dans la résolution d'un exercice numérique ;
  • identifier les phases de la courbe de croissance en culture discontinue et justifier chaque phase par ses causes physiologiques ;
  • comparer les méthodes de mesure de la croissance et distinguer le nombre total du nombre de cellules viables, ainsi que les conséquences de cette distinction ;
  • expliquer le principe de la culture continue (chémostat) et la raison du maintien de la population en phase exponentielle ;
  • analyser l'action de la température, du pH et de l'activité de l'eau au moyen de la notion de valeurs cardinales ;
  • distinguer un agent bactériostatique d'un agent bactéricide et définir la concentration minimale inhibitrice.

1. La notion de croissance bactérienne

Base cellulaire : la bactérie se multiplie par scissiparité en quatre étapes imbriquées :

  1. réplication du chromosome circulaire à partir d'une origine unique ;
  2. élongation de la cellule et migration des deux copies vers ses pôles ;
  3. formation d'un septum membranaire et pariétal en position médiane ;
  4. séparation de deux cellules filles génétiquement identiques.

Conséquence essentielle : la croissance bactérienne est exponentielle par nature, puisque chaque cellule en engendre deux : la population double à chaque génération au lieu d'augmenter d'une quantité constante.

2. Les lois quantitatives de la croissance exponentielle

2.1 Relations fondamentales

En partant d'un nombre initial N₀ de cellules, après n générations :

N = N₀ × 2ⁿ

d'où, en passant au logarithme :

log N = log N₀ + n · log 2

2.2 Valeurs de référence

Espèce Temps de génération g en conditions optimales
Escherichia coli ≈ 20 minutes
Staphylococcus aureus ≈ 30 minutes
Mycobacterium tuberculosis 15 – 20 heures
Treponema pallidum ≈ 33 heures

Conséquence pratique : la longueur du temps de génération chez la mycobactérie tuberculeuse explique la lenteur du diagnostic de laboratoire par culture (plusieurs semaines) et la durée prolongée du traitement — déduction sur laquelle reposent de nombreuses questions.

2.3 Exemple résolu

Une culture initiale comporte N₀ = 10³ cellules d'E. coli, avec g = 20 minutes et une incubation de t = 3 heures.

  • nombre de générations : n = t / g = 180 / 20 = 9 générations ;
  • effectif final : N = 10³ × 2⁹ = 10³ × 512 = 5,12 × 10⁵ cellules ;
  • taux de croissance : µ = 0,693 / 0,333 h ≈ 2,08 h⁻¹.

3. La courbe de croissance en culture discontinue

Culture discontinue (en batch) : milieu clos, volume constant, sans apport de nutriments ni retrait de déchets. C'est le modèle de référence pour l'étude de la croissance.

Phase Allure de log N Interprétation physiologique
1. Phase de latence constante adaptation au nouveau milieu : synthèse des enzymes nécessaires, réparation des dommages, constitution de réserves d'intermédiaires. Les cellules sont métaboliquement actives mais ne se divisent pas
2. Phase d'accélération croissance accélérée entrée progressive des cellules en division
3. Phase exponentielle (logarithmique) droite ascendante croissance équilibrée à taux constant et maximal ; caractéristiques cellulaires homogènes : c'est la phase de référence pour mesurer g et µ
4. Phase de ralentissement pente décroissante épuisement progressif d'un nutriment limitant et accumulation de déchets
5. Phase stationnaire constante, maximale équilibre entre taux de division et taux de mortalité ; modifications physiologiques (sporulation chez certains genres, synthèse de métabolites secondaires)
6. Phase de déclin décroissante prédominance de la mortalité et de l'autolyse, du fait de l'épuisement des nutriments et de la toxicité du milieu

Facteurs expliquant la durée de la phase de latence : nature de l'inoculum (cellules issues d'une phase exponentielle ou d'une phase stationnaire), similitude entre l'ancien et le nouveau milieu, état des cellules (stress, lésions). Si l'on transfère des cellules en phase exponentielle vers un milieu identique au précédent, la phase de latence est quasi nulle.

Image 1 — en préparation
Description

Schéma scientifique pédagogique de style manuel scolaire, illustration vectorielle plate à traits nets, présentant un graphique dont l'axe horizontal est annoté « temps » et l'axe vertical « log N (nombre de cellules) ». La courbe de croissance classique est tracée en trait continu épais bleu et traverse six segments séparés par des traits verticaux pointillés gris, chaque segment étant annoté au-dessus : « 1. phase de latence » (horizontale), « 2. phase d'accélération » (courbe ascendante), « 3. phase exponentielle » (droite inclinée, avec un petit triangle indiquant la pente et annoté « taux de croissance µ »), « 4. phase de ralentissement », « 5. phase stationnaire » (horizontale en haut), « 6. phase de déclin » (descendante). Une seconde courbe en pointillés rouges annotée « nombre de cellules viables (UFC) » se confond avec la première jusqu'à la phase stationnaire puis s'en sépare en descendant, tandis que la courbe bleue est annotée « nombre total » ; une flèche et une courte légende signalent le point de séparation. Fond blanc épuré, annotations en français, proportions soignées entre les segments

4. Les méthodes de mesure de la croissance

Méthode Principe Ce qu'elle mesure Limites
Comptage microscopique direct (cellule de Thoma) dénombrement des cellules dans un volume connu nombre total (vivantes et mortes) ne distingue pas les vivantes des mortes ; peu précis aux faibles concentrations
Dénombrement sur milieu solide (UFC) ensemencement de dilutions successives et comptage des colonies nombre de cellules viables : unités formant colonie tout amas cellulaire ne donne qu'une colonie → sous-estimation ; exige 24 à 48 heures
Turbidimétrie mesure de la densité optique à 600 nm biomasse totale ne distingue pas les vivantes des mortes ; linéarité limitée aux fortes concentrations
Masse sèche pesée après dessiccation biomasse exige de grandes quantités ; destructif
Dosage d'un constituant (ADN, protéines, ATP) mesure chimique indirecte biomasse suppose une proportion constante du constituant, or elle varie selon la phase

5. La culture continue : le chémostat

En culture discontinue, les conditions changent en permanence, ce qui empêche d'isoler l'effet d'un seul facteur. Pour y remédier, on recourt à la culture continue :

Principe : un milieu neuf est injecté à débit constant F dans un réacteur de volume constant V, tandis qu'un volume identique de culture (cellules + déchets) en est soutiré simultanément.

  • taux de dilution : D = F / V (en h⁻¹) ;
  • à l'état stationnaire, le taux de croissance égale le taux de dilution : µ = D ;
  • si D > µmax, les cellules sont soutirées plus vite qu'elles ne se multiplient → lessivage du réacteur et disparition de la culture.

Conséquence théorique majeure : l'expérimentateur peut imposer à la population son taux de croissance en réglant le débit, et la maintenir en phase exponentielle à densité constante pendant une durée illimitée. La culture continue devient ainsi un outil d'étude de l'effet d'un facteur unique (par exemple la concentration d'un nutriment limitant) toutes choses égales par ailleurs, à la différence de la culture discontinue.

Deux variantes : le chémostat, où la croissance est réglée par la concentration d'un nutriment limitant, et le turbidostat, où le débit est ajusté automatiquement pour maintenir une turbidité constante. La culture continue a de larges applications industrielles pour la production de métabolites et de protéines.

Image 2 — en préparation
Description

Schéma scientifique pédagogique de style manuel scolaire, illustration vectorielle plate à traits nets, représentant le montage d'un chémostat : un réservoir supérieur annoté « réservoir de milieu nutritif neuf » d'où part un tube descendant passant par une pompe figurée par un petit cercle annoté « pompe, débit F » vers un réacteur en verre central annoté « réacteur de culture, volume constant V », contenant un liquide figuré par de petits points représentant les bactéries, avec un agitateur au fond et une entrée d'air latérale annotée « aération » ; de la partie supérieure du réacteur part un tube de trop-plein annoté « soutirage au même débit F (cellules + déchets) » vers un flacon collecteur inférieur annoté « flacon de récolte ». À côté du réacteur, un petit encadré porte les deux relations : « D = F / V » et « à l'état stationnaire : µ = D ». Fond blanc épuré, annotations en français, rendu technique précis

6. Les facteurs physiques agissant sur la croissance

Chaque facteur physique possède trois valeurs cardinales : un minimum, un optimum et un maximum ; la croissance cesse en dehors de l'intervalle délimité par les deux extrêmes.

6.1 La température

Catégorie Intervalle approximatif Optimum Exemples
Psychrophiles −5 à 20 °C ≈ 15 °C bactéries des océans froids, altération des aliments réfrigérés
Mésophiles 10 à 45 °C 30 – 37 °C la plupart des bactéries et tous les pathogènes humains
Thermophiles 40 à 75 °C ≈ 60 °C bactéries des composts et des sources chaudes
Hyperthermophiles 65 à 115 °C > 80 °C archées des sources hydrothermales

Mécanisme d'action : l'élévation de la température accroît la vitesse des réactions enzymatiques jusqu'à l'optimum, puis entraîne au-delà la dénaturation des protéines et l'altération des membranes, d'où un effondrement brutal de la croissance. La courbe de croissance en fonction de la température est donc dissymétrique : montée progressive et chute abrupte.

6.2 Le pH

  • acidophiles : optimum < 5,5 ;
  • neutrophiles : 6,5 – 7,5 — cas de la plupart des bactéries et des pathogènes ;
  • alcalophiles : > 8,5.

Helicobacter pylori constitue un cas typique : bactérie neutrophile colonisant un milieu gastrique très acide, elle se protège en sécrétant une uréase qui libère de l'ammoniac et élève le pH de son microenvironnement immédiat — exemple montrant que la résistance à un facteur du milieu peut être active et non une simple tolérance.

6.3 Activité de l'eau et pression osmotique

L'activité de l'eau (aw) mesure la disponibilité de l'eau libre. La plupart des bactéries exigent une aw > 0,90. Augmenter la concentration des solutés (sel, sucre) abaisse l'aw et fait sortir l'eau de la cellule par osmose, ce qui arrête la croissance — c'est le principe des conservations traditionnelles par salage, sucrage et dessiccation.

On distingue les bactéries halophiles, qui exigent une forte concentration saline, des bactéries halotolérantes telles que Staphylococcus aureus, qui croissent en sa présence sans l'exiger — distinction parallèle à celle qui sépare les types respiratoires « facultatif » et « aérotolérant ».

7. Les facteurs chimiques et la maîtrise de la croissance

7.1 Les besoins nutritifs

La croissance exige une source d'énergie et de carbone (leçon 43), des sources d'azote, de phosphore et de soufre, des sels minéraux et parfois des facteurs de croissance : molécules indispensables que la bactérie ne sait pas synthétiser (vitamines, acides aminés, bases azotées). Une bactérie qui en dépend est dite auxotrophe, par opposition à la bactérie prototrophe, qui se contente d'un milieu minimum. Cette différence est exploitée en diagnostic et pour la sélection des mutants.

7.2 Deux notions centrales : bactériostatique et bactéricide

Notion Effet sur la courbe Résultat après retrait de l'agent
Bactériostatique arrêt de l'augmentation, nombre de viables constant reprise de la croissance
Bactéricide diminution du nombre de viables pas de reprise

Cette distinction se lit directement sur la courbe des cellules viables, ce qui constitue un type de question récurrent : courbe devenant horizontale après ajout de l'agent → effet bactériostatique ; courbe descendante → effet bactéricide.

On distingue également en pratique la stérilisation, qui détruit toute forme de vie y compris les spores, de la désinfection, qui réduit le nombre de cellules viables sans garantir la destruction des spores — différence tenant essentiellement à la résistance de l'endospore déjà mentionnée dans la leçon 42.

8. Bilan

  1. La croissance bactérienne est un phénomène collectif : augmentation du nombre d'individus de la population par scissiparité, et non de la taille de l'individu ; elle est exponentielle par nature puisque chaque cellule en engendre deux.
  2. Relations quantitatives : N = N₀ × 2ⁿ, n = t/g, µ = ln2/g ; la croissance se représente en log N afin de transformer la phase exponentielle en une droite dont la pente est le taux de croissance.
  3. Le temps de génération est un caractère spécifique : ≈ 20 minutes chez E. coli contre 15-20 heures chez Mycobacterium tuberculosis, ce qui explique la lenteur du diagnostic de la tuberculose par culture.
  4. La courbe en culture discontinue comporte six phases : latence, accélération, exponentielle, ralentissement, stationnaire, déclin ; chacune s'explique par l'épuisement des nutriments, l'accumulation des déchets et l'adaptation enzymatique.
  5. Les méthodes de mesure se répartissent entre celles qui évaluent le nombre total (comptage microscopique, densité optique) et celles qui évaluent le nombre de viables (UFC) ; la divergence des deux courbes à partir de la phase stationnaire est la clé de l'analyse des documents. L'UFC n'est pas synonyme de cellule.
  6. La culture continue (chémostat) maintient la population en phase exponentielle indéfiniment : D = F/V, et à l'état stationnaire µ = D, avec risque de lessivage si D dépasse µmax.
  7. Chaque facteur physique possède des valeurs cardinales : température (psychrophiles, mésophiles, thermophiles, hyperthermophiles), pH, et activité de l'eau aw, laquelle fonde la conservation des aliments par salage et dessiccation.
  8. On distingue l'agent bactériostatique de l'agent bactéricide par la lecture de la courbe des viables (horizontale ou descendante) ; l'efficacité des substances antimicrobiennes se mesure par la CMI, et la différence entre stérilisation et désinfection tient essentiellement à la résistance des spores.

Leçon suivante

Les modes de transfert du matériel génétique bactérien : conjugaison, transduction, transformation. Cette leçon a signalé que l'identité des cellules filles n'est pas absolue et qu'une population issue d'une seule cellule peut acquérir des caractères nouveaux comme la résistance aux antibiotiques. La leçon suivante est consacrée aux mécanismes de cette acquisition : les transferts horizontaux de gènes entre bactéries, la comparaison de leurs trois modalités et leur rôle dans la diversité et l'adaptation.