Diversité microbienne et fongique

Les bactéries et les champignons sont deux groupes d’organismes très divers qui peuvent avoir des effets bénéfiques ou néfastes importants sur la santé humaine. Pour cette raison, il est important de comprendre et de distinguer les espèces individuelles de ces groupes. Comme vous vous en souviendrez, les taxonomistes biologiques regroupent les organismes en fonction de leur parenté phylogénétique. Les trois domaines de la vie, les bactéries, les archées et les eucaryotes, séparent la vie en trois groupes distincts. Alors que toutes les bactéries relèvent du domaine des bactéries, les champignons se trouvent dans le domaine des eucaryotes (règne des champignons). En plus des archées, le domaine des bactéries comprend exclusivement des procaryotes unicellulaires, ce qui signifie que leurs cellules sont dépourvues à la fois d’une membrane nucléaire et d’organites liés à la membrane. En revanche, les champignons du domaine Eucaryota ont des organites délimités par une membrane et comprennent des organismes unicellulaires et multicellulaires.

Bactéries

Les bactéries se trouvent presque partout sur Terre et sont très adaptées aux environnements dans lesquels elles se développent. En conséquence, ce domaine comprend une quantité stupéfiante de diversité. L’impact de ces organismes sur la santé humaine est tout aussi divers. Par exemple, des espèces comme Streptococcus thermophilus peuvent être utilisées pour produire des aliments fermentés comme le yogourt, tandis que les spores de la bactérie Bacillus anthracis sont responsables de la maladie potentiellement mortelle de l’anthrax.

Pour aider à l’identification d’un tel organisme, les microbiologistes ont mis au point une myriade de tests pour caractériser à la fois des cellules individuelles et des colonies entières de bactéries¹. L’une des méthodes les plus courantes pour identifier les bactéries est la coloration de Gram. Ce test utilise des colorants colorés pour déterminer la composition de la paroi cellulaire de la bactérie. Les bactéries à Gram positif, qui portent une paroi cellulaire épaisse composée d’une protéine appelée peptidoglycane, conservent un colorant appelé violet cristallin et apparaissent donc violettes. En revanche, les bactéries à Gram négatif ont une paroi cellulaire plus mince sans peptidoglycane et ne conservent pas le violet cristallin. Au lieu de cela, ces cellules apparaissent roses en raison d’une contre-coloration appelée safranine. L’utilisation de la coloration de Gram sert souvent d’étape préliminaire à l’identification d’une espèce bactérienne. Une classification plus poussée nécessite l’identification de caractéristiques supplémentaires. Cela peut inclure la forme de bactéries individuelles, qui peuvent être soit des cocci (ronds), soit des spirillum (spirale) ou des bacilles (en forme de bâtonnet). De plus, la couleur, la forme, l’éclat, la texture et même l’odeur des colonies bactériennes peuvent être utilisés pour distinguer les espèces.

Mycètes

Les champignons du domaine Eucaryota sont également très diversifiés sur le plan écologique et peuvent varier en taille de la levure microscopique au plus grand organisme sur terre, le champignon du miel (Armillaria ostoyae). Tous les champignons sont hétérotrophes, ce qui signifie qu’ils doivent obtenir leur nourriture de l’environnement. Ces organismes présentent également une diversité dans leurs activités spécifiques, leurs niches et leurs effets potentiels sur la santé humaine. Par exemple, certains champignons sont consommés ou utilisés pour produire de la nourriture par l’homme, tandis que d’autres peuvent provoquer des infections graves, voire mortelles2.

Au sein du règne des champignons, il existe deux divisions taxonomiques distinctes basées sur la stratégie de reproduction de l’espèce. Tout d’abord, les Ascomycètes, connus sous le nom de champignons à sac, ont une structure reproductrice appelée asque. Ensemble, de nombreux asques forment l’ascocarpe, ou « fructification » des champignons. Ces champignons peuvent se reproduire sexuellement ou asexuellement par bourgeonnement. Les ascomycètes se composent de certaines espèces économiquement importantes comme la levure utilisée dans le brassage de la bière et la cuisson du pain, et certaines espèces populaires en cuisine, comme les morilles et les truffes. Le deuxième groupe, Basidiomycota, comprend des organismes communément appelés « champignons massues » en raison de la présence d’une grande structure reproductrice en forme de massue appelée basidium. Contrairement aux Ascomycota, la plupart des Basidomucota se reproduisent exclusivement par reproduction sexuée. Cela se produit lorsque deux mycéliums haploïdes se rejoignent pour former un basidiocarpe. Sur un champignon de Paris, il s’agit de la structure du chapeau. Sur la face inférieure du basidiocarpe, des structures reproductrices appelées branchies bordées de structures appelées basides produisent des noyaux haploïdes qui finissent par former des basidiospores. Les basidiospores sont ensuite dispersées par le vent. Cette division taxonomique comprend de nombreux champignons de Paris couramment consommés, ainsi que des champignons soufflés sauvages.

Importance de la microbiologie

Dans l’ensemble, il est clair que les diverses fonctions et propriétés des micro-organismes rendent leur identification extrêmement importante pour la santé et le bien-être humains. Alors qu’un grand nombre d’espèces de champignons et de bactéries ont été identifiées à ce jour, on estime que des millions d’autres doivent encore être identifiées et classifiées. De plus, les disciplines humaines qui explorent les champignons et les bactéries sont aussi diverses que les organismes eux-mêmes et continueront sans aucun doute à se développer. L’importance des micro-organismes dans les domaines médicaux est plus répandue que jamais, car les espèces de bactéries infectieuses multirésistantes aux antibiotiques menacent la santé humaine. La compréhension de la structure et des caractéristiques biologiques des espèces infectieuses et non infectieuses fournit des informations clés nécessaires à la création de nouveaux traitements antibiotiques et de stratégies préventives^3-4.

La microbiologie est également essentielle pour l’industrie alimentaire. De nombreux produits, y compris le yogourt, le fromage, le kombucha, le pain et l’alcool, sont fabriqués à partir de catégories ou d’espèces spécifiques de microbes. Dans le même temps, les scientifiques de l’alimentation se concentrent sur l’ingénierie de composés chimiques et de conservateurs qui réduiront la croissance de microbes indésirables sur les aliments. Dans tous ces processus, il est nécessaire de comprendre comment les microbes survivent, se reproduisent et affectent leur environnement.

Références

1. Hiroshi Asakura, Holger Brueggemann, Sou-ichi Makino et Yoshiko Sugita-Konishi, « Approches moléculaires pour la classification des agents pathogènes microbiens d’importance pour la santé publique », BioMed Research International, vol. 2014, ID de l’article 725801, 2 pages, 2014. https://doi.org/10.1155/2014/725801.
2. Treseder, K. K. et J. T. Lennon (2015). « Traits fongiques qui déterminent la dynamique de l’écosystème sur terre. » Microbiol Mol Biol Rev 79(2) : 243-262.
3. Arvanitis, M. et E. Mylonakis (2015). « Les interactions fongiques-bactériennes et leur pertinence pour la santé. » Microbiol cellulaire 17(10) : 1442-1446.
4. Aarestrup, F. M., et al. (2008). « Résistance des bactéries de la chaîne alimentaire : épidémiologie et stratégies de contrôle. » Expert Rev Anti Infect Ther 6(5) : 733-750.

Les micro-organismes sont définis comme des formes de vie trop petites pour être vues à l’œil nu. Mais bien que nous ne les voyions généralement pas, les microbes sont partout, faisant de bonnes choses comme aider notre digestion ou faire des yaourts et du vin, à des choses moins bonnes comme provoquer des infections ou des maladies.

En parlant d’infections, en 1928, Alexander Fleming est rentré de vacances dans son laboratoire et a remarqué une étrange contamination fongique sur l’une de ses plaques de culture bactérienne. Il est intéressant de noter que les colonies bactériennes situées immédiatement autour de la contamination avaient été détruites. Cette observation a conduit à de nombreuses recherches plus approfondies, qui ont finalement abouti au développement de la pénicilline et d’autres antibiotiques qui pourraient traiter les infections bactériennes. Pourtant, bien qu’ils puissent vivre côte à côte dans le monde microscopique, nous savons, en étudiant leurs formes et leurs phylogénies, que les bactéries et les champignons sont des organismes très différents et diversifiés. Passons brièvement en revue certaines des caractéristiques déterminantes de ces deux grands groupes.

Les bactéries sont des procaryotes unicellulaires, ce qui signifie qu’elles sont des organismes unicellulaires sans noyau. Toutes les bactéries ont une paroi cellulaire, mais sa composition et son épaisseur varient. Les bactéries à Gram positif ont une paroi cellulaire avec une épaisse couche de peptidoglycane, qui retient facilement les molécules de violet cristallin lors de la coloration de Gram. Cependant, les bactéries Gram négatif ont une paroi cellulaire mince entourée d’une membrane lipopolysaccharidique externe, et elles ne retiennent que la contre-couleur, la safranine de couleur rouge. La coloration de Gram permet également d’observer les formes bactériennes. Les bactéries rondes sont appelées cocci. Les bactéries en forme de bâtonnet sont appelées bacilles. Et les bactéries en forme de spirale sont appelées spirille. De plus, les colonies bactériennes peuvent également être caractérisées à l’œil nu, en utilisant des traits tels que la couleur, la forme et la taille de la colonie.

Jetons maintenant un coup d'œil aux champignons. Contrairement aux bactéries, les champignons sont eucaryotes, et leurs cellules ont donc des organites liés à une membrane et un noyau. Ils sont généralement classés en groupes en fonction de leurs stratégies de reproduction. Par exemple, les ascomycètes, ou champignons à sac, qui comprennent les morilles, le penicillium et les truffes, ont des fructifications appelées ascocarpes. Les morilles sont remplies de ces structures. Si nous les regardons de plus près, ils contiennent de nombreuses structures plus petites appelées asques, qui à leur tour contiennent de nombreuses ascospores formées lors de la reproduction sexuée. Cependant, les Ascomycètes se reproduisent souvent de manière asexuée par bourgeonnement, comme les bactéries. Le deuxième grand groupe de champignons que nous examinerons est celui des Basidiomycota, ou champignons de club. La plupart des champignons comestibles et vénéneux de la forêt sont en fait des structures reproductrices des Basidiomycètes. Dans ce groupe, ce que nous appellerions le chapeau de champignon est techniquement connu sous le nom de basidiocarpe. Chez les champignons à branchies, les branchies sous le basidiocarpe sont tapissées de minuscules structures appelées basides, et celles-ci produisent des basidiospores, des spores reproductrices microscopiques, pendant la reproduction sexuée. Ces spores sont généralement déboursées par le vent, comme de nombreuses graines de plantes. Ici, nous avons examiné plusieurs grands groupes de bactéries et de champignons, ainsi que les caractéristiques qui les définissent de manière très simplifiée. Cependant, en raison du grand nombre d’espèces microbiennes, plus d’un billion selon de nombreuses estimations, les scientifiques les identifient et les regroupent souvent à l’aide de méthodes supplémentaires, y compris l’examen de leur ADN.

Dans ce laboratoire, vous identifierez différentes espèces de bactéries à l’aide de la coloration de Gram et examinerez les caractéristiques des colonies. Vous examinerez également les espèces de champignons pour identifier leurs structures reproductives.