Le termebactérie est unnom vernaculaire qui désigne certainsorganismes vivantsmicroscopiques etprocaryotes présents dans tous les milieux. Le plus souvent unicellulaires, elles sont parfois pluricellulaires (généralement filamenteuses), la plupart des espèces bactériennes ne vivant pas individuellement en suspension, mais en communautés complexes adhérant à des surfaces au sein d'un gel muqueux (biofilm)[1].
Les bactéries présentent de nombreuses formes : sphériques (coques), allongées ou en bâtonnets (bacilles) et des formes plus ou moins spiralées. L’étude des bactéries est labactériologie, soit une des nombreuses branches de lamicrobiologie.
Il existe environ 10 000 espèces connues à ce jour[5],[6], mais la diversité réelle du groupe est probablement supérieure. L'estimation du nombre des espèces oscillerait entre 5 et 10 millions[7],[8].
Les bactéries sontubiquitaires et sont présentes dans tous les types debiotopes rencontrés surTerre. Elles peuvent être isolées du sol, des eaux douces, marines ou saumâtres, de l’air, des profondeurs océaniques, des déchets radioactifs[9], de la croûte terrestre, sur la peau et dans l’intestin des animaux ou des humains. Les bactéries ont une importance considérable dans lescycles biogéochimiques comme lecycle du carbone et lafixation de l’azote de l’atmosphère.
Un nombre important de bactéries vit dans le corps humain, d'ordre comparable à la quantité des cellules qui le constituent, mais lamasse de ces dernières est plus importante. La plupart de ces bactéries sont inoffensives ou bénéfiques pour l'organisme. Il existe cependant de nombreuses espècespathogènes à l'origine de beaucoup demaladies infectieuses.
DeuxKlebsiella pneumoniae (bacilles) aux prises avec un leucocyte humain (neutrophile). Image de microscopie électronique à balayage recolorée. Noter l'aspect granuleux de sa paroi qui correspond à sacapsule, sorte de barrière externe qui la rend plus résistante à laphagocytose[10].
Les bactéries étant microscopiques, elles ne sont donc visibles qu'avec unmicroscope.Antoine van Leeuwenhoek fut le premier à observer des bactéries, grâce à un microscope de sa fabrication, en1676[12]. Il les appela « animalcules » et publia ses observations dans une série de lettres qu'il envoya à laRoyal Society[13],[14],[15].
Les microbiologistesMartinus Beijerinck etSergei Winogradsky initièrent les premiers travaux de microbiologie de l’environnement et d’écologie microbienne en étudiant les relations entre ces microorganismes au sein de communautés microbiennes du sol et de l’eau.
Le mot « bactérie » apparaît pour la première fois avec lenaturaliste etzoologiste allemandChristian Gottfried Ehrenberg en1838[20]. Ce mot dérive dugrec ancienβακτήριον /baktḗrion, « bâtonnet ». Parallèlement Haeckel inventa en1866 l'embranchement Monera pour regrouper au sein de son règne Protista tous les microorganismes sans structure interne (bien qu'excluant lescyanobactéries, alors classées parmi les plantes).Ferdinand Cohn utilisa à son tour le terme Bacteria commetaxon en 1870 et tenta le premier de les classer rigoureusement selon leur morphologie[21]. Pour Cohn, les bactéries étaient des plantes primitives non chlorophylliennes. À la suite des travaux de Cohn, Haeckel révisa la circonscription de ses « monères » pour y inclure les cyanobactéries[22]. Les termes de « monère » et de « bactérie » devinrent alors synonymes[21].
En 1938Herbert Copeland éleva les monères au rang de règne, à un niveau désormais égal aux animaux, plantes et protistes[23]. Ce n'est qu'en 1957 qu'André Lwoff distingua avec clarté les concepts de bactérie et de virus[24] grâce à des arguments biochimiques et structuraux. Enfin,Roger Stanier etCornelis van Niel définirent pour la première fois rigoureusement en 1962 le concept de bactérie par l’absence d’organite membrané (et en particulier de véritable noyau, donc de mitose)[25].
Noms français et noms scientifiques correspondants
En1977,Carl Woese grâce à ses travaux dephylogénie moléculaire divisa les procaryotes en deuxdomaines : lesEubacteria et lesArchaebacteria[30] ; il les renomma respectivement Bacteria et Archaea lors de la révision de sa nomenclature en 1990[31]. Le mot « bactérie » faisant référence à l'ensemble des procaryotes avant 1990, ce renommage a provoqué une certaine ambiguïté dans l'utilisation de ce terme et n'a donc pas été accepté par tous les biologistes[32],[33],[34],[35],[36].
Certains biologistes[21],[37] pensent que cette tentative de renommage tient davantage de la propagande (de la part deCarl Woese, afin d'accréditer ses idées) que de la science :
« Therefore archaebacterial cell structure, growth, division, and genetics remained fundamentally bacterial or prokaryotic. Early claims that archaebacteria are a “third form of life” in addition to eukaryotes and prokaryotes/bacteria are thus falsified, despite misleading, confusing, purely propagandistic name changes that some of us never accepted […][37] »
Et plus loin dans le même article :
« Differences between archaebacteria and eubacteria have been grossly exaggerated. »
Dans un cadrekuhnien la théorie des trois domaines qui sous-tend ce changement de nomenclature est parfois analysé comme unparadigme de labactériologie moderne[38],[39],[21], ce qui expliquerait les résistances (principalement de nature sociologiques) contre sa remise en cause.
La plupart des bactéries sont soit sphériques soit en forme de bâtonnets. Dans le premier cas elles sont appeléescoques (du greckókkos, grain) et dans le secondbacilles (du latinbaculus, bâton). Il existe aussi des formes intermédiaires : les coccobacilles. Quelques bactéries en forme de bâtonnets sont légèrement incurvées comme lesVibrio. D’autres bactéries sont hélicoïdales. Ce sont desspirilles si la forme est invariable et rigide, desspirochètes si l’organisme est flexible et peut changer de forme. La grande diversité de formes est déterminée par laparoi cellulaire et lecytosquelette. Les différentes formes de bactéries peuvent influencer leur capacité d’acquérir des nutriments, de s’attacher aux surfaces, de nager dans un liquide et d’échapper à la prédation.
Les bactéries présentent une grande diversité de morphologies et d'arrangements cellulaires.
Beaucoup d’espèces bactériennes peuvent être observées sous forme unicellulaire isolée alors que d’autres espèces sont associées en paires comme lesNeisseria ou en chaînette, caractéristique desStreptocoques. Dans ces cas, les coques se divisent selon un axe unique et les cellules restent liées après la division. Certains coques se divisent selon un axe perpendiculaire et s’agencent de façon régulière pour former des feuillets. D’autres se divisent de façon désordonnée et forment des amas comme les membres du genreStaphylococcus qui présentent un regroupement caractéristique en grappe de raisins. D'autres bactéries peuvent s’élonger et former des filaments composés de plusieurs cellules comme lesactinobactéries.
En dépit de leur apparente simplicité, elles peuvent former des associations complexes. Des capteurs leur permettent de détecter d'autres bactéries ou une surface (ce qui induit souvent chez elle un changement de comportement ; ainsiPseudomonas aeruginosa ne devient virulente et n'active ses gènes de résistance que quand son « sens du toucher » l'informe qu'elle entre en contact avec une surface ;muqueuse pulmonaire par exemple[43]).
Lescyanobactéries forment des chaînes appeléestrichomes où les cellules sont en relation étroite, grâce à des échanges physiologiques. Certaines bactéries forment des colonies pouvant solidement s’attacher aux surfaces. Ces « biofilms » sont un arrangement complexe de cellules et de composants extracellulaires, formant des structures secondaires comme des microcolonies, au sein desquelles se forme un réseau de canaux facilitant la diffusion des nutriments.
Une caractéristique importante des bactéries est laparoi cellulaire. La paroi donne à la bactérie sa forme et la protège contre l’éclatement sous l’effet de la très fortepression osmotique ducytosol. Les bactéries peuvent être structuralement divisées en deux groupes : les bactéries à paroi unimembranée (ne contenant qu'une seule membrane, lamembrane plasmique, voirUnimembrana) et les bactéries à paroi bimembranée (constituée de deux membranes superposées, lamembrane interne et lamembrane externe, voirNegibacteria). Lacoloration de Gram est un critère empirique, quoique imparfait, permettant de déterminer la structure de la paroi bactérienne.
Certains organites extracellulaires comme lesflagelles ou lespoils peuvent être enchâssés dans la paroi cellulaire. Quelques bactéries peuvent fabriquer de fines couches externes à la paroi cellulaire, généralement essentiellement constituées depolysaccharides (des sucres). D'autres bactéries peuvent s’envelopper d’une couche protéique appelée lacouche S.
Le métabolisme d’une cellule est l’ensemble des réactions chimiques qui se produisent au niveau de cette cellule. Pour réaliser ce processus, les bactéries, comme toutes les autres cellules, ont besoin d’énergie. L’ATP est la source d’énergie biochimique universelle, commune à toutes les formes de vie, mais les réactions d’oxydo-réduction impliquées dans sa synthèse sont très variées selon les organismes et notamment chez les bactéries.
Les bactéries vivent dans pratiquement toutes les niches environnementales de la biosphère. Elles peuvent ainsi utiliser une très large variété de source de carbone et/ou d’énergie[45].
Les bactéries peuvent être classées selon leur type de métabolisme, en fonction des sources de carbone et d’énergie utilisés pour la croissance, les donneurs d’électrons et les accepteurs d’électrons[46].
Type trophique en fonction de la classe et la nature du besoin
Classe du besoin
Nature du besoin
Type trophique
Source de carbone
CO2
Autotrophe
Composé organique
Hétérotrophe
Substrat énergétique
(donneur d'électrons)
Minéral
Lithotrophe
Organique
Organotrophe
Source d'énergie
Lumière
Phototrophe
Oxydation biochimique
Chimiotrophe
L’énergie cellulaire des chimiotrophes est d’origine chimique alors que celle des phototrophes est d’origine lumineuse. La source de carbone des autotrophes est le dioxyde de carbone, tandis que des substrats organiques sont la source de carbone des hétérotrophes. Il est aussi possible de distinguer deux sources possibles de protons (H+) et d'électrons (e-) : les bactéries réduisant des composés minéraux sont des lithotrophes alors que celles réduisant des substances organiques sont des organotrophes.
Tout organisme vivant réalise en permanence de nombreuses réactions chimiques destinées à construire les biomolécules indispensables à la vie, et particulièrement lipides, protéines, acides nucléiques et saccharides. Ces réactions ne sont possibles que grâce à l'énergie accumulée à la suite d’autres réactions chimiques. Le métabolisme d'une bactérie est l'ensemble des réactions chimiques qui se produisent au niveau de la cellule bactérienne[47]. Les besoins énergétiques de la bactérie peuvent être satisfaits par deux mécanismes :
la photosynthèse, au cours de laquelle la lumière est utilisée comme source d’énergie ;
l'oxydation de substances chimiques (substrats énergétiques), qui utilise une source d’énergie chimique.
Les bactéries possèdent unchromosome généralement unique et circulaire (mais il y a des exceptions) qui porte la majorité desgènes. Certains gènes ayant des fonctions particulières (résistance à un antibiotique, un prédateur, adaptation physiologique au milieu, etc.) sont cependant localisés sur des petites sections d'ADN circulaire libres appeléesplasmides.
Il existe une grande diversité de métabolismes par rapport auxeucaryotes. D'ailleurs la phototrophie et l'autotrophie chez les eucaryotes sont toujours le résultat d'unesymbiose avec des bactéries (certainslichens par exemple) et/ou d'unesymbiogenèse impliquant une cyanobactérie (chloroplaste).
Les bactéries, avec les autresmicro-organismes, participent pour une très large part à l’équilibre biologique existant à la surface de laTerre. Elles colonisent en effet tous lesécosystèmes et sont à l’origine de transformations chimiques fondamentales lors desprocessus biogéochimiques responsables du cycle deséléments sur la planète.
Une population de bactéries peut avoir un comportement coordonné grâce à une messagerie moléculaire, lequorum sensing.
Au sein desbiofilms des relations s'établissent entre bactéries, conduisant à une réponse cellulaire intégrée. Lesmolécules de lacommunication cellulaire ou « lang » sont soit deshomosérines lactones pour les bactéries àGram négatif, soit des peptides courts pour les bactéries àGram positif. De plus au sein de biofilms établis, les caractéristiques physico-chimiques (pH, oxygénation,métabolites) peuvent être néfastes au bon développement bactérien et constituer donc des conditions stressantes. Les bactéries mettent en place des réponses de stress qui sont autant d'adaptation à ces conditions défavorables. En général les réponses de stress rendent les bactéries plus résistantes à toute forme de destruction par des agents mécaniques ou des moléculesbiocides.
L'étude descanaux ioniques bactériens a permis à une équipe de chercheurs de mettre en évidence, en 2015, une synchronisation dumétabolisme de certaines bactéries au sein des communautés de biofilms bactériens par des vagues d'ionspotassium. Celles-ci résultent d'une boucle derétroaction positive, dans laquelle un déclencheur métabolique induit la libération d'ions potassium intracellulaire, qui à son tour dépolarise les bactéries voisines. Cette vague dedépolarisation coordonne les états métaboliques entre les bactéries à l'intérieur et à la périphérie du biofilm. La suppression ou le blocage de l'activité des canaux potassium supprime cette réponse[48].
Les eaux naturelles comme les eaux marines (océans) ou les eaux douces (lacs,mares,étangs,rivières, etc.) sont des habitats microbiens très importants. Lesmatières organiques en solution et les minéraux dissous permettent le développement des bactéries. Les bactéries participent dans ces milieux à l’autoépuration des eaux. Elles sont aussi la proie desprotozoaires. Les bactéries composant leplancton des milieux aquatiques sont appelées lebactérioplancton.
Il y a environ quarante millions de cellules bactériennes dans un gramme de sol et un million de cellules bactériennes dans un millilitre d’eau douce. On estime qu'il y aurait (à un instant donné) quatre à sixquintillions (4 × 1030 à6 × 1030), soit entre quatre et six mille milliards de milliards de milliards de bactéries dans le monde[49], représentant une grande partie de labiomasse du monde[49]. Cependant, un grand nombre de ces bactéries ne sont pas encore caractérisées car non cultivables en laboratoire[50].
Lesol est composé de matière minérale provenant de l’érosion des roches et de matière organique (l’humus) provenant de la décomposition partielle desvégétaux. La flore microbienne y est très variée. Elle comprend des bactéries, deschampignons, desprotozoaires, desalgues, desvirus, mais les bactéries sont les représentants les plus importants quantitativement. On peut y retrouver tous les types de bactéries, desautotrophes, deshétérotrophes, desaérobies, desanaérobies, desmésophiles, despsychrophiles, desthermophiles. Tout comme les champignons, certaines bactéries sont capables de dégrader des substances insolubles d’origine végétale comme lacellulose, lalignine, de réduire lessulfates, d’oxyder lesoufre, de fixer l’azote atmosphérique et de produire desnitrates. Les bactéries jouent un rôle dans le cycle des nutriments des sols, et sont notamment capables defixer l’azote. Elles ont donc un rôle dans la fertilité des sols pour l’agriculture. Les bactéries abondent au niveau des racines des végétaux avec lesquels elles vivent enmutualisme.
À la différence des milieux aquatiques, l’eau n’est pas toujours disponible dans les sols. Les bactéries ont mis en place des stratégies pour s’adapter aux périodes sèches. LesAzotobacter produisent descystes, lesClostridium et lesBacillus desendospores ou d’autres types de spores chez lesActinomycètes.
Dans le sous-sol, dans l'eau ou dans les cavités humides, des bactéries colonisent inévitablement les galeries minières, puits de mines et leurs abords faillés ou évidés, y compris dans les centres de stockage souterrains ; elles sont parfois trouvée à grande profondeur dans le sous-sol, y compris dans les remontées de forages d'eau ou de pétrole. Elles peuvent là aussi modifier leur environnement, être source de CO2 ou de méthane, d'acidification, de corrosion, deméthylation, de putréfaction et/ou interagir avec les nappes, certains métaux ou des matériaux de confinement (Rizlan Bernier-Latmani mène sur ce sujet une campagne expérimentale d'étude à des centaines de mètres de profondeur, au sein du laboratoire duMont Terri, près deSaint-Ursanne dans leJura, où est étudiée la pertinence de la roche argileuse pour lestockage géologique des déchets nucléaires[51]).
En 2000, une équipe scientifique a annoncé avoir découvert une bactérie demeurée endormie dans un cristal de sel pendant250 millions d'années[53]. De nombreux scientifiques sont très réservés vis-à-vis de ce résultat, qui serait plutôt dû à une colonisation récente du cristal[54].
Dans l'espace, les bactéries deviendraient presque trois fois plus virulentes. C'est du moins le cas deSalmonella typhimurium, une bactérie responsable d'intoxication alimentaire. Celles-ci ont fait un voyage à bord de lanavette Atlantis en 2006. À leur retour, les bactéries qui avaient été conservées dans un récipient étanche, ont été transmises à des souris. Il n'a fallu que le tiers de la dose habituelle pour tuer la moitié du groupe de souris qui avait été infecté[55],[56].
On cherche actuellement à savoir s'il a existé une vie bactérienne sur la planèteMars. Certains éléments d'analyse du sol martien semblent s'orienter en ce sens, et la présence abondante d'eau surMars jadis a peut-être pu constituer un terrain extrêmement favorable au développement de la vie bactérienne, si elle est apparue. Si la chose venait à être confirmée, ce serait un élément important en faveur de l'hypothèse depanspermie. Des chercheurs écossais ont mis en évidence en juin 2017 que le sol de mars éliminait la moindre bactérie. C’est l’interaction entre le rayonnement ultraviolet, les substances oxydantes du sol de Mars, et surtout les perchlorates qui confère à la surface de la Planète rouge sa capacité à éliminer toute bactérie[57]. D'autres recherches s'intéressent aussi aux glaces de la lune jovienneEurope qui abritent de l'eau liquide sous leur surface.
En dépit de leur apparente simplicité, les bactéries peuvent entretenir des associations complexes avec d’autres organismes. Ces associations peuvent être répertoriées enparasitisme,mutualisme etcommensalisme. En raison de leurs petites tailles, les bactéries commensales sontubiquitaires et sont rencontrées à la surface et à l’intérieur des plantes et des animaux.
Dans le sol, les bactéries de larhizosphère (couche de sol fixée aux racines des plantes) fixent l’azote et produisent des composés azotés utilisés par les plantes (exemple de la bactérieAzotobacter ouFrankia). En échange, la plante excrète au niveau desracines des sucres, des acides aminés et des vitamines qui stimulent la croissance des bactéries. D’autres bactéries commeRhizobium sont associées aux planteslégumineuses au niveau denodosités sur les racines.
Il existe de nombreuses relations symbiotiques ou mutualistes de bactéries avec desinvertébrés. Par exemple, les animaux qui se développent à proximité des cheminées hydrothermales des fonds océaniques comme les vers tubicolesRiftia pachyptila, les moulesBathymodiolus ou la crevetteRimicaris exoculata vivent en symbiose avec des bactérieschimioautotrophes.
Buchnera est une bactérieendosymbiote desaphides (puceron). Elle vit à l'intérieur des cellules de l'insecte et lui fournit des acides aminés essentiels. La bactérieWolbachia est hébergée dans les testicules ou les ovaires de certains insectes. Cette bactérie peut contrôler les capacités de reproduction de son hôte.
Des bactéries sont associées auxtermites et leur apportent des sources d'azote et de carbone.
Des bactéries colonisant lapanse desherbivores permettent la digestion de lacellulose par ces animaux. La présence de bactéries dans l’intestin humain contribue à la digestion des aliments mais les bactéries fabriquent également desvitamines comme l’acide folique, lavitamine K et labiotine[58].
Des bactéries colonisent le jabot d'un oiseau folivore (consommateur de feuilles), leHoazin (Opisthocomus hoazin). Ces bactéries permettent la digestion de la cellulose des feuilles, de la même manière que dans le rumen des ruminants.
Desbactéries bioluminescentes commePhotobacterium sont souvent associées à des poissons ou des invertébrés marins. Ces bactéries sont hébergées dans des organes spécifiques chez leurs hôtes et émettent une luminescence grâce à une protéine particulière : laluciférase. Cette luminescence est utilisée par l'animal lors de divers comportements comme la reproduction, l'attraction de proies ou la dissuasion de prédateurs.
Un nombre important de bactéries vit dans le corps humain, environ autant, voire plus, que decellules le constituant, toutefois leurmasse reste infime en comparaison.
Les calculs donnent des résultats variés quant à leur nombre. D'après certaines estimations, 1012 bactéries colonisent la peau, 1010 bactéries colonisent la bouche et 1014 bactéries habitent dans l'intestin[59]. D'autres calculs, réalisés par des chercheurs de l'institut Weizmann, indiquent qu'il y a plus de cellules bactériennes (~40 × 1012) que de cellules humaines (~30 × 1012) dans le corps humain[60],[61].
Le plus souvent, les maladies bactériennes mortelles sont les infections respiratoires : la tuberculose à elle seule tue environ deux millions de personnes par an, principalement enAfrique subsaharienne[62]. Des bactéries peuvent entraîner des troubles respiratoires ou intestinaux alors que d’autres peuvent être responsables de l’infection d'une blessure. Les infections bactériennes peuvent être traitées grâce auxantibiotiques, qui le plus souvent inhibent une de leurs fonctions vitales (par exemple, lapénicilline bloque la synthèse de la paroi cellulaire).
Les bactéries pathogènes sont responsables de maladies humaines et causent des infections. Les organismes infectieux peuvent être distingués en trois types : les pathogènes obligatoires, accidentels ou opportunistes.
Un pathogène accidentel présent dans la nature peut infecter l’humain dans certaines conditions. Par exemple,Clostridium tetani provoque letétanos en pénétrant dans une plaie.Vibrio cholerae entraîne lecholéra à la suite de la consommation d’une eau contaminée.
Un pathogène opportuniste infecte des individus affaiblis ou atteints par une autre maladie. Des bactéries commePseudomonas aeruginosa, des espèces de la flore normale, comme desStaphylococcus de la flore cutanée, peuvent devenir des pathogènes opportunistes dans certaines conditions. On rencontre surtout ce type d’infection en milieu hospitalier.
La capacité d’une bactérie à provoquer une maladie est son pouvoir pathogène. L’intensité du pouvoir pathogène est lavirulence. L’aboutissement de la relation bactérie-hôte et l’évolution de la maladie dépendent du nombre de bactéries pathogènes présentes dans l’hôte, de la virulence de cette bactérie, des défenses de l’hôte et de son degré de résistance.
Pour déclencher une maladie, les bactéries infectieuses doivent d’abord pénétrer dans l’organisme et adhérer à untissu. Des facteurs d’adhésion permettent la fixation des bactéries à unecellule. Le pouvoir invasif est la capacité de la bactérie à se répandre et à se multiplier dans les tissus de l’hôte, soit par un processus d'endocytose permettant leur pénétration intracellulaire, soit pour certaines bactéries en passant entre les cellules des muqueuses afin de coloniser lalamina propria sous-jacente. Les bactéries peuvent produire des substances lytiques leur permettant de se disséminer dans les tissus. Certaines bactéries présentent aussi un pouvoir toxinogène qui est la capacité de produire destoxines, substances chimiques portant préjudice à l’hôte. On peut distinguer lesexotoxines libérées lors de la multiplication des bactéries et lesendotoxines fixées dans la membrane des bactéries.
Les bactéries pathogènes tentant d’envahir un hôte rencontrent toutefois de nombreux mécanismes de défense assurant à l’organisme une protection aux infections. Une bonne alimentation et une hygiène de vie correcte constituent une première protection. La peau, les muqueuses forment une première ligne de défense contre la pénétration d’organismes pathogènes. Les bactéries de la flore normale constituent aussi une barrière de protection. Lorsqu’un micro-organisme a pénétré ces premières lignes de défense, il rencontre des cellules spécialisées qui se mobilisent contre l’envahissement : ce sont lesphagocytes. L’inflammation est une réaction défensive non spécifique. Un second système de défense très efficace est lesystème immunitaire spécifique, capable de reconnaître desantigènes portés ou sécrétés par les bactéries, et d’élaborer desanticorps et des cellules immunitaires spécifiques de ces antigènes.
En milieu hospitalier, le personnel soignant doit suivre des protocoles de protection (port de la blouse, gants, lunettes en chirurgie…). En cas de contact avec un élément à risque (sang, liquide…), le personnel soignant doit impérativement et au plus tôt se laver les mains avec un produit désinfectant et aseptisant[63].
Lesbactéries pathogènes pour les plantes sont connues du grand public pour leur responsabilité dans la dévastation de cultures agricoles. En 2001, les vergers du midi de la France étaient victimes d'une vague d'infection par une bactérie du genreXanthomonas[64].
Les Procaryotes sont d'importants outils dans le domaine de la biorestauration : on se sert d'organismes pour éliminer des polluants du sol, de l'eau et de l'air. Exemple : Lesarchées décomposent la matière organique contenue dans les eaux usées pour la transformer en substance qui peut servir d'engrais. Dans l'industrie minière, les Procaryotes aident à retirer les métaux contenus dans le minéral. L'utilité des Procaryotes provient en grande partie de la diversité de leurs formes de nutrition et de métabolisme[65].
L’origine de la microbiologie industrielle date de l’époquepréhistorique. Les premières civilisations ont utilisé sans le savoir des micro-organismes pour produire desboissons alcoolisées, dupain et dufromage.
Les bactéries acétiques (Acetobacter,Gluconobacter) peuvent produire de l'acide acétique à partir de l'éthanol. Elles se rencontrent dans les jus alcoolisés et sont utilisées dans la production duvinaigre. Elles sont également exploitées pour la production d'acide ascorbique (vitamine C) à partir dusorbitol transformée ensorbose.
La capacité des bactérieshétérotrophes à dégrader une large variété de composés organiques est exploitée dans des processus de traitement des déchets comme labioremédiation ou le traitement des eaux usées. Des bactéries sont également utilisées dans les fosses septiques pour en assurer l'épuration. Des bactéries, capables de dégrader deshydrocarbures dupétrole, peuvent être utilisées lors du nettoyage d'unemarée noire. Le processus de nettoyage de milieux pollués par des micro-organismes est labioremédiation.
Des bactéries peuvent être utilisées pour récupérer des métaux d'intérêts économiques à partir de minerais. C'est labiolixiviation. L'activité de bactéries est ainsi exploitée pour la récupération du cuivre.
Des bactéries peuvent être utilisées à la place depesticides enlutte biologique pour combattre des parasites des plantes. Par exemple,Bacillus thuringiensis produit une protéine Bt qui est toxique pour certainsinsectes. Cette toxine est utilisée enagriculture pour combattre des insectes qui se nourrissent deplantes.
En raison de leur capacité à se multiplier rapidement et de leur relative facilité à être manipulées, certaines bactéries commeEscherichia coli sont des outils très utilisés enbiologie moléculaire,génétique etbiochimie. Les scientifiques peuvent déterminer la fonction degènes, d’enzymes ou identifier desvoies métaboliques nécessaires à la compréhension fondamentale du vivant et permettant également de mettre en œuvre de nouvelles applications enbiotechnologie.
De nombreusesenzymes utilisées dans divers processus industriels ont été isolées de micro-organismes. Les enzymes desdétergents sont desprotéases de certaines souches deBacillus. Desamylases capables d’hydrolyser l’amidon sont très utilisées dans l’industrie alimentaire. LaTaq polymérase utilisée dans les réactions de polymérisation en chaîne (PCR) pour l’amplification de l’ADN provient d’une bactérie thermophileThermus aquaticus.
Les bactéries génétiquement modifiées sont très utilisées pour la production de produits pharmaceutiques. C’est le cas par exemple de l’insuline, l’hormone de croissance, certainsvaccins, desinterférons… Certaines bactéries commeStreptomyces sont très employées pour la production d’antibiotiques.
Il existe desbactéries tumoricides, ou bactéries carcinolytiques[66] qui d'un côté sont des pathogènes connus (à part pourBifidobacterium), mais qui ciblent particulièrement les cellules cancéreuses, et font conséquemment partie de traitements effectifs ou expérimentaux contre lecancer. Ce sont un groupe de bactériesanaérobies facultatives ou obligatoires (capables de produire de l'adénosine triphosphate lorsque l'oxygène est absent et meurt à des niveaux d'oxygène normaux) pouvant cibler les cellules cancéreuses dans le corps, supprimer la croissance tumorale et survivre dans le corps pendant un certain temps, longtemps même après l'infection. Lorsque des bactéries de ce type sont administrées dans le corps, elles migrent vers les tissus cancéreux et commencent à se développer, puis déploient leurs mécanismes respectifs pour détruire les tumeurs solides.
Chaque espèce de bactérie utilise un processus différent pour éliminer la tumeur. Les bactéries tumoricides courantes comprennent notammentSalmonella,Clostridium, Bifidobacterium,Listeria etStreptococcus[67]. Les premières recherches sur ce type de bactéries ont été mises en évidence en 1813 lorsque les scientifiques ont observé que les patients atteints degangrène gazeuse, une infection causée par la bactérieClostridium, pouvaient engendrer des régressions tumorales[68].
Les bactéries les plus étudiées pour le traitement du cancer sontSalmonella,Listeria etClostridium. Une souche génétiquement modifiée deSalmonella (TAPET-CD) a terminé les essais cliniques de phase 1 pour les patients atteints d'un cancer métastatique de stade 4[69]. Des vaccins anticancéreux à base deListeria sont actuellement produits et font l'objet de nombreux essais cliniques[70]. Des essais dephase I de la soucheClostridium appeléeClostridium novyi (C. novyi -NT) pour les patients atteints de tumeurs réfractaires au traitement ou de tumeurs qui ne répondent pas au traitement sont en cours[71].
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Les bactéries expriment des substances utilisés en médecine, comme l'éthanol.
Alteromonas infernus produit le polysaccharide GY785 qui peut réparer une lésion de tissu humain (dont os et cartilage), en complément de l'injection decellules souches du patient[72].
La pièce de théâtreBílá nemoc (La Maladie blanche) de l'écrivain tchécoslovaqueKarel Čapek[73], publiée en 1937, décrit une épidémie demorbus chengi, une maladie proche de lalèpre qui ne s'attaque qu'aux personnes âgées de plus de 45 ans, qu'elle tue en 3 à 5 mois. Face au danger pour la population, le gouvernement dictatorial ne pense qu'à tirer profit de la maladie à des fins politiques.
Le roman de science-fictionLa Variété Andromède de l'écrivain américainMichael Crichton, paru en 1969, imagine l'arrivée sur Terre d'une bactérie extraterrestre apportée par un astéroïde et qui déclenche des réactions mortelles chez les êtres humains.
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