Les bactéries sont des organismes unicellulaires microscopiques qui existent par millions, dans tous les environnements, à l’intérieur et à l’extérieur d’autres organismes.
Certaines bactéries sont nocives, mais la plupart servent un but utile. Elles soutiennent de nombreuses formes de vie, à la fois végétales et animales, et sont utilisées dans les processus industriels et médicinaux.
On pense que les bactéries ont été les premiers organismes à apparaître sur terre, il y a environ 4 milliards d’années. Les plus anciens fossiles connus sont des organismes ressemblant à des bactéries.
Les bactéries peuvent utiliser la plupart des composés organiques et certains composés inorganiques comme aliments, et certaines peuvent survivre à des conditions extrêmes.
Un intérêt croissant pour le fonctionnement du microbiome intestinal apporte un nouvel éclairage sur les rôles que jouent les bactéries dans la santé humaine.
Quelles sont les bactéries?
Les bactéries sont des organismes unicellulaires qui ne sont ni des plantes ni des animaux.
Elles mesurent habituellement quelques micromètres de longueur et existent ensemble dans des communautés de plusieurs millions.
Un gramme de sol contient généralement environ 40 millions de cellules bactériennes. Un millilitre d’eau douce contient généralement environ un million de cellules bactériennes.
On estime que la terre contient au moins 5 bactéries nonillion, et une grande partie de la biomasse terrestre serait constituée de bactéries.
Les types
Il existe de nombreux types de bactéries. Une façon de les classer est par leur forme. Voici trois formes de base.
- Sphérique : Les bactéries en forme de boule sont appelées cocci, et une seule bactérie est un coccus. Les exemples incluent le groupe streptocoque, responsable de « l’angine streptococcique ».
- En forme de bâtonnet : Connues sous le nom de bacilles (bacille au singulier). Certaines bactéries en forme de bâtonnets sont incurvées, appelées vibrio. Des exemples incluent Bacillus anthracis (B. anthracis), responsable de l’anthrax.
- Spirale : Connues sous le nom de spirilla (singulier spirillus). Si leur bobine est très serrée, elles sont appelées spirochètes. La leptospirose, la maladie de Lyme et la syphilis sont causées par des bactéries de cette forme.
Il existe de nombreuses variations au sein de chaque groupe de forme.
Structure
Les cellules bactériennes sont différentes des cellules végétales et animales. Les bactéries sont des procaryotes, ce qui signifie qu’elles n’ont pas de noyau.
Une cellule bactérienne comprend :
- Capsule : Une couche trouvée à l’extérieur de la paroi cellulaire dans certaines bactéries.
- Paroi cellulaire : Une couche faite d’un polymère appelé peptidoglycane, qui donne sa forme aux bactéries. Elle est située à l’extérieur de la membrane plasmique, plus épaisse dans certaines bactéries appelées Gram-positives.
- Membrane plasmique : Située dans la paroi cellulaire, elle génère de l’énergie et transporte des produits chimiques. La membrane est perméable, permettant aux substances de passer à travers.
- Cytoplasme : Une substance gélatineuse à l’intérieur de la membrane plasmique contenant le matériel génétique et des ribosomes.
- ADN : Contient toutes les instructions génétiques pour le développement et la fonction de la bactérie, situé à l’intérieur du cytoplasme.
- Ribosomes : Lieu de synthèse des protéines, constitués de granules riches en ARN.
- Flagellum : Utilisé pour le mouvement, propulsant certains types de bactéries, certaines en ayant plus d’une.
- Pili : Appendices semblables à des poils à l’extérieur de la cellule, permettant de coller aux surfaces et de transférer le matériel génétique à d’autres cellules, ce qui peut contribuer à la propagation de maladies chez les humains.
Alimentation
Les bactéries se nourrissent de différentes manières.
Les bactéries hétérotrophes tirent leur énergie de la consommation de carbone organique, la plupart absorbant les matières organiques mortes, comme la chair en décomposition. Certaines de ces bactéries parasites tuent leur hôte, tandis que d’autres les aident.
Les bactéries autotrophes fabriquent leur propre nourriture, soit par :
- photosynthèse, en utilisant la lumière du soleil, l’eau et le dioxyde de carbone, ou
- chimiosynthèse, en utilisant du dioxyde de carbone, de l’eau et des produits chimiques tels que l’ammoniac, l’azote et le soufre.
Les bactéries qui utilisent la photosynthèse sont appelées photoautotrophes. Certaines, comme les cyanobactéries, produisent de l’oxygène, jouant un rôle essentiel dans la création de l’oxygène dans l’atmosphère terrestre. D’autres, comme les héliobactéries, ne produisent pas d’oxygène.
Celles qui utilisent la chimiosynthèse sont appelées chimioautotrophes. Ces bactéries se trouvent souvent dans les évents océaniques et dans les racines de légumineuses, comme la luzerne et les haricots.
Où vivent-elles?
Les bactéries peuvent être trouvées dans le sol, l’eau, les plantes, les animaux, les déchets radioactifs, profondément dans la croûte terrestre, la glace arctique, les glaciers et les sources chaudes. Elles existent dans la stratosphère, entre 6 et 30 milles dans l’atmosphère, et dans les profondeurs de l’océan, jusqu’à 32 800 pieds ou 10 000 mètres de profondeur.
Les aérobies ne peuvent se développer que là où il y a de l’oxygène. Certains types peuvent causer des problèmes pour l’environnement humain, tels que la corrosion, l’encrassement et les mauvaises odeurs.
Les anaérobies ne peuvent croître que là où il n’y a pas d’oxygène, principalement dans le tractus gastro-intestinal humain. Ils peuvent causer des infections graves comme la gangrène gazeuse et le tétanos.
Les anaérobies facultatifs peuvent vivre avec ou sans oxygène mais préfèrent des environnements oxygénés, se trouvant principalement dans le sol et l’eau. Les exemples incluent Salmonella.
Les mésophiles, responsables de la plupart des infections humaines, prospèrent à des températures modérées, autour de 37 degrés Celsius, la température du corps humain. Les exemples incluent Listeria monocytogenes et Escherichia coli.
La flore intestinale humaine, ou microbiome intestinal, contient des bactéries bénéfiques comme Lactobacillus acidophilus.
Les extrêmophiles peuvent survivre dans des conditions jugées trop extrêmes pour la plupart des formes de vie.
Les thermophiles vivent à des températures élevées, jusqu’à 75 à 80 degrés Celsius, et les hyperthermophiles survivent à des températures allant jusqu’à 113 degrés Celsius.
Au fond de l’océan, les bactéries vivent dans l’obscurité totale près des évents thermiques, où elles fabriquent leur propre nourriture en oxydant le soufre.
D’autres extrémophiles incluent :
- Halophiles, trouvés uniquement dans des environnements salés
- Acidophiles, certains vivant dans des milieux aussi acides que pH 0
- Alkaliphiles, vivant dans des environnements alcalins jusqu’à pH 10,5
- Psychrophiles, trouvés dans des températures froides, comme dans les glaciers
Les extrémophiles peuvent survivre là où aucun autre organisme ne le peut.
Reproduction et transformation
Les bactéries peuvent se reproduire et changer par plusieurs méthodes :
- Fission binaire : Une reproduction asexuée où une cellule croît jusqu’à former deux cellules identiques par la division.
- Transfert de matériel génétique : Les cellules acquièrent un nouveau matériel génétique via la conjugaison, la transformation ou la transduction, ce qui peut renforcer leur résistance aux antibiotiques.
- Spores : En cas de manque de ressources, certaines bactéries forment des spores, contenant leur ADN et des enzymes nécessaires à la germination, pouvant rester inactives pendant des siècles.
- Les spores résistent aux contraintes environnementales, y compris les radiations UV et gamma.
Certaines bactéries produisent des endospores, tandis que d’autres fabriquent des exospores, connues sous le nom de kystes.
Clostridium est un exemple de bactérie formant des endospores, responsable de maladies comme le botulisme et les infections intestinales.
Les usages
Les bactéries sont souvent considérées comme nuisibles, mais beaucoup sont bénéfiques. Nous n’existerions pas sans elles. L’oxygène que nous respirons a probablement été créé par l’activité bactérienne.
Survie humaine
Beaucoup de bactéries dans notre corps jouent un rôle crucial dans notre survie. Elles décomposent les nutriments en formes utilisables pour le corps.
Les bactéries non pathogènes aident à prévenir les maladies en occupant des niches que les bactéries pathogènes tentent de coloniser, et certaines attaquent directement les pathogènes.
Fixation de l’azote
Les bactéries absorbent l’azote et le relâchent pour que les plantes puissent l’utiliser en mourant. Les plantes ont besoin d’azote dans le sol pour croître, mais ne peuvent pas le fixer elles-mêmes.
Technologie alimentaire
Les bactéries lactiques, comme Lactobacillus, sont utilisées dans la préparation d’aliments tels que le fromage, le yaourt et les cornichons. La fermentation aide à conserver les aliments et peut offrir des bienfaits pour la santé.
Certains aliments fermentés contiennent des bactéries bénéfiques pour la santé intestinale. Cependant, d’autres recherches sont nécessaires pour confirmer ces avantages.
Bactéries dans l’industrie et la recherche
Les bactéries décomposent les composés organiques, ce qui est utile pour le traitement des déchets et le nettoyage des déversements de pétrole.
Les industries pharmaceutiques et chimiques utilisent des bactéries pour produire des produits chimiques, et elles sont essentielles en biologie moléculaire et en recherche génétique.
Les bactéries sont indispensables pour fabriquer des antibiotiques. Bacillus thuringiensis (BT) est utilisé en agriculture comme alternative aux pesticides, réduisant ainsi les impacts environnementaux.
Dangers
Certains types de bactéries peuvent provoquer des maladies humaines, telles que le choléra, la diphtérie, la dysenterie et la tuberculose.
Lorsque le corps est exposé à des bactéries inconnues, le système immunitaire les attaque, entraînant des symptômes d’inflammation, comme dans les infections.
La résistance
En 1900, la pneumonie, la tuberculose et la diarrhée étaient les principales causes de décès aux États-Unis. L’usage d’antibiotiques a significativement réduit ces décès.
Cependant, la surutilisation des antibiotiques rend le traitement des infections bactériennes de plus en plus difficile. Au fur et à mesure que les bactéries mutent, elles deviennent résistantes aux traitements existants.
« Même si de nouveaux médicaments sont développés, sans changement de comportement, la résistance aux antibiotiques restera une menace majeure. » Organisation mondiale de la santé (OMS)
Les autorités sanitaires recommandent de ne prescrire des antibiotiques que si nécessaire et de promouvoir de bonnes pratiques d’hygiène pour prévenir les maladies.
Le microbiome intestinal
Des recherches récentes révèlent comment le corps humain interagit avec les bactéries, notamment celles vivant dans le tractus intestinal, connues sous le nom de microbiome intestinal.
Des études ont montré que les femmes obèses ont un type particulier de bactéries dans leur bouche, et que les personnes souffrant d’anorexie présentent des communautés microbiennes très différentes de celles des personnes saines.
Histoire
Il y a plus de 2000 ans, l’auteur romain Marcus Terentius Varro suggérait que des maladies pouvaient être causées par de minuscules animaux dans l’air. Au 17ème siècle, Antonie van Leeuwenhoek a observé des «animalcules», aujourd’hui connus sous le nom de bactéries.
Au 19ème siècle, Louis Pasteur et Robert Koch ont établi que les maladies étaient causées par des germes, ce qui a été fondamental pour la microbiologie moderne.
En 1910, Paul Ehrlich a développé le premier antibiotique, Salvarsan, pour traiter la syphilis, et a été le premier à détecter les bactéries par coloration.
En 2001, Joshua Lederburg a introduit le terme «microbiome intestinal», et les scientifiques cherchent maintenant à mieux comprendre la flore intestinale et son impact sur la santé.
Ce travail continu devrait éclairer un large éventail de conditions de santé, renforçant l’importance des bactéries dans notre vie quotidienne.
Nouvelles Perspectives sur les Bactéries en 2024
En 2024, de nouvelles recherches mettent en évidence le rôle crucial des bactéries dans la régulation du métabolisme et leur influence sur le système immunitaire. Des études récentes montrent que la diversité bactérienne dans le microbiome intestinal est liée à une meilleure santé métabolique, avec des implications pour la prévention des maladies chroniques telles que le diabète et l’obésité.
De plus, les avancées en génomique permettent d’identifier des souches bactériennes bénéfiques qui pourraient être utilisées en thérapie probiotique pour restaurer l’équilibre du microbiote intestinal après des traitements antibiotiques ou des infections.
Les recherches sur les interactions bactéries-hôtes révèlent également des stratégies innovantes pour lutter contre les infections résistantes aux antibiotiques, en exploitant des phages ou des peptides antimicrobiens produits par des bactéries. Ces découvertes pourraient révolutionner notre approche des traitements antibiotiques et améliorer notre compréhension des bactéries en tant qu’alliées plutôt qu’ennemies.
