Objectifs:

1. Etudier les différentes phases de la croissance bactérienne.
2. Tracer la courbe de croissance standard de Staphylococcus aureus.
3. Déterminer le temps de génération de bactéries données.

L’augmentation de la taille et de la masse cellulaire au cours du développement d’un organisme est appelée croissance. C’est la caractéristique unique de tous les organismes. L’organisme doit avoir besoin de certains paramètres de base pour sa production d’énergie et sa biosynthèse cellulaire. La croissance de l’organisme est affectée par des facteurs physiques et nutritionnels. Les facteurs physiques comprennent le pH, la température, la pression osmotique, la pression hydrostatique et la teneur en humidité du milieu dans lequel l’organisme se développe. Les facteurs nutritionnels comprennent la quantité de carbone, d’azote, de soufre, de phosphore et d’autres oligo-éléments présents dans le milieu de croissance. Les bactéries sont des organismes unicellulaires (une seule cellule). Lorsque les bactéries atteignent une certaine taille, elles se divisent par fission binaire, c’est-à-dire qu’une cellule se divise en deux, deux en quatre et continue le processus de façon géométrique. On sait alors que la bactérie est en phase de croissance active. Pour étudier la croissance de la population bactérienne, les cellules viables de la bactérie doivent être inoculées dans un bouillon stérile et incubées dans des conditions de croissance optimales. La bactérie commence à utiliser les composants du milieu et sa taille et sa masse cellulaire augmentent. La dynamique de la croissance bactérienne peut être étudiée en traçant la croissance cellulaire (absorbance) en fonction du temps d’incubation ou le log du nombre de cellules en fonction du temps. La courbe ainsi obtenue est une courbe sigmoïde et est connue comme une courbe de croissance standard. L’augmentation de la masse cellulaire de l’organisme est mesurée à l’aide du spectrophotomètre. Le spectrophotomètre mesure la turbidité ou la densité optique qui est la mesure de la quantité de lumière absorbée par une suspension bactérienne. Le degré de turbidité du bouillon de culture est directement lié au nombre de micro-organismes présents, qu’il s’agisse de cellules viables ou mortes, et constitue une méthode pratique et rapide pour mesurer le taux de croissance cellulaire d’un organisme. Ainsi, l’augmentation de la turbidité du milieu de bouillon indique l’augmentation de la masse cellulaire microbienne (Fig 1) .La quantité de lumière transmise à travers le bouillon turbide diminue avec l’augmentation ultérieure de la valeur d’absorbance.

Fig 1 : Lecture de l’absorbance d’une suspension bactérienne

La courbe de croissance présente quatre phases distinctes (Fig 2)

1. Phase de lag

Lorsqu’un micro-organisme est introduit dans le milieu frais, il lui faut un certain temps pour s’adapter à son nouvel environnement. Cette phase est appelée phase de Lag, au cours de laquelle le métabolisme cellulaire est accéléré, les cellules augmentent de taille, mais les bactéries ne sont pas capables de se répliquer et donc pas d’augmentation de la masse cellulaire. La durée de la phase de latence dépend directement des conditions de croissance précédentes de l’organisme. Lorsque le micro-organisme se développant dans un milieu riche est inoculé dans un milieu pauvre en nutriments, l’organisme mettra plus de temps à s’adapter à son nouvel environnement. L’organisme commencera à synthétiser les protéines, les co-enzymes et les vitamines nécessaires à sa croissance, ce qui entraînera une augmentation de la phase de latence. De même, lorsqu’un organisme provenant d’un milieu pauvre en nutrition est ajouté à un milieu riche en nutrition, l’organisme peut facilement s’adapter à l’environnement, il peut commencer la division cellulaire sans aucun retard, et donc aura moins de phase de latence il peut être absent.

2. Phase exponentielle ou logarithmique (log)

Pendant cette phase, les micro-organismes sont dans un état de croissance et de division rapide. Leur activité métabolique augmente et l’organisme commence la réplication de l’ADN par fission binaire à un rythme constant. Le milieu de croissance est exploité au taux maximal, la culture atteint le taux de croissance maximal et le nombre de bactéries augmente de façon logarithmique (exponentielle) et finalement la cellule unique se divise en deux, qui se répliquent en quatre, huit, seize, trente-deux et ainsi de suite (soit 20, 21, 22, 23………2n, n étant le nombre de générations) Il en résulte une croissance équilibrée. Le temps pris par les bactéries pour doubler en nombre pendant une période donnée est appelé temps de génération. Le temps de génération a tendance à varier selon les organismes. E.coli se divise en toutes les 20 minutes, donc son temps de génération est de 20 minutes, et pour Staphylococcus aureus il est de 30 minutes.

3. Phase stationnaire

Au fur et à mesure que la population bactérienne continue de croître, tous les nutriments du milieu de croissance sont utilisés par le micro-organisme pour leur multiplication rapide. Cela entraîne l’accumulation de déchets, de métabolites toxiques et de composés inhibiteurs tels que les antibiotiques dans le milieu. Cela modifie les conditions du milieu telles que le pH et la température, créant ainsi un environnement défavorable à la croissance bactérienne. Le taux de reproduction va ralentir, le nombre de cellules en cours de division est égal au nombre de cellules mortes, et finalement la bactérie arrête complètement sa division. Le nombre de cellules n’augmente pas et le taux de croissance est donc stabilisé. Si une cellule prélevée dans la phase stationnaire est introduite dans un milieu frais, la cellule peut facilement passer à la phase exponentielle et est capable d’effectuer ses activités métaboliques comme d’habitude.

4. Phase de déclin ou de mort

L’épuisement des nutriments et l’accumulation subséquente de déchets métaboliques et d’autres matières toxiques dans le milieu vont faciliter le passage de la bactérie à la phase de mort. Pendant cette phase, la bactérie perd complètement sa capacité à se reproduire. Les bactéries individuelles commencent à mourir en raison des conditions défavorables et la mort est rapide et uniforme. Le nombre de cellules mortes dépasse le nombre de cellules vivantes. Certains organismes qui peuvent résister à cette condition peuvent survivre dans l’environnement en produisant des endospores.

Fig 2 : Différentes phases de croissance d’une bactérie

CALCUL:

Le temps de génération peut être calculé à partir de la courbe de croissance(Fig 3).

Fig 3 : Calcul du temps de génération

Les points exactement doublés des lectures d’absorbance ont été pris et, les points ont été extrapolés pour rencontrer l’axe de temps respectif.

Temps de génération = (Temps en minutes pour obtenir l’absorbance 0,4) – (Temps en minutes pour obtenir l’absorbance 0.2)

= 90-60

= 30 minutes

Let No = nombre initial de la population

Nt = population au temps t

N = le nombre de générations au temps t

Ainsi ,

C’est pourquoi,

Le taux de croissance peut être exprimé en termes de constante de taux de croissance moyenne (k), le nombre de générations par unité de temps.

Temps moyen de génération ou temps moyen de doublement (g), est le temps nécessaire pour doubler sa taille.