Microbiologie

Jeudi 8 avril 4 08 /04 /Avr 15:29

Dans un article publié aujourd’hui dans Nature, des scientifiques nous apprennent que l'intestin des Japonais renferme des bactéries adaptées à la digestion des sushis!

 

On ne va pas feindre de s’en étonner outre mesure, puisque l’on sait au moins depuis les travaux de Gordon que l’obésité modifie la composition de la flore digestive, qui influe en retour sur l'utilisation des nutriments, et donc sur l’obésité. Nous avons également vu dans ces pages que l’activité métabolique de la flore digestive (mais pas forcément la composition de la flore elle-même) était influencée par la consommation de chocolat.

 

Détail amusant, ces travaux au petit goût si exotique ont été réalisés pas si loin d’ici, où l’on étudie les bactéries en bord de mer: la station de biologie marine de Roscoff! On attend donc avec impatience leurs travaux sur les bactéries spécialisées dans la digestion du homard, du beurre salé et des crêpes…

 

L’histoire de cette découverte mérite tout de même qu’on s’y attarde: les chercheurs ont commencé par rechercher les enzymes (donc les gènes encodant ceux-ci) impliqués dans la dégradation des polysaccharides des algues, du classique. Après avoir obtenu des séquences de gènes et des protéines correspondantes, ils les ont tout naturellement comparées aux bases de données existantes. Sans surprise, ces séquences ont été retrouvées dans des bactéries marines, elles aussi susceptibles de mettre des algues à leur menu… et dans un isolat d’intestin humain, Bacteroides plebeius, issu d’un individu japonais (le genre Bacteroides est fortement représenté dans la flore digestive). Subodorant une relation de cause à effet, nos scientifiques ont ensuite recherché le gène de leur enzyme dans les « microbiomes » intestinaux de 13 Japonais et 18 Américains (et pourquoi pas de Bretons, très nombreux sur place ?), et l’ont détecté chez 5 individus du premier groupe seulement. La conclusion qui s’impose alors, tempérée par les petits nombres d’échantillons, est que les Japonais possèdent des bactéries qui leur confèrent la capacité de digérer certains polysaccharides des algues, probablement parce qu’ils en mangent eux-mêmes. En effet, les Japonais consommant régulièrement des algues (14g par jour selon l’article), en particulier par le biais des sushis ; il existe donc une pression évolutive non négligeable (à mon avis, davantage pour les bactéries que pour les humains) pour l’exploitation de cette ressource. Les auteurs supposent que ces gènes ont été importés dans le tube digestif par le biais des algues elle-mêmes, en général consommées crues, où ils furent intégrés par les bactéries de la flore digestive proprement dite, déjà richement dotées en enzymes de dégradation des polysaccharides, qui devinrent alors capables de digérer les algues, pour leur bénéfice et celui de leur hôte.

 

De ces travaux, on retiendra donc l’influence de la culture (alimentaire) sur la composition ou plutôt les fonctions de la flore digestive, et un bel exemple de coévolution où une bactérie intestinale s’est probablement « procuré » des gènes de bactérie marine pour s’adapter au régime alimentaire de son hôte (à moins que ce ne soit le régime qui s’adapte aux bactéries commensales!).


N’oublions pas non plus la petite part de chance qui a permis, un peu par hasard, qu’existe dans les bases de données l’unique séquence qui a mené à ce résultat…

Par Benjamin - Publié dans : Microbiologie
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Mardi 24 mars 2 24 /03 /Mars 18:56
Aujourd'hui 24 mars, c'est la journée mondiale de la tuberculose, ce qui explique la résurgence de cette vieille maladie dans les médias. La tuberculose, comme vous pourrez le relire dans ce billet, c'est la grande maladie du XIXème siècle, celle qui évoque les cités ouvrières, Zola et la microbiologie allemande... on a fait plus réjouissant! Mais au vu de ce lourd passé, on ne peut s'empêcher de se demander si ce vieux fléau est toujours d'actualité...

Parcourez donc le rapport de l'OMS qui fait le point sur la tuberculose dans le monde. En 2007, on estime à 9 273 000 le nombre de nouveaux cas de tuberculose (une légère augmentation par rapport à 2006), les plus gros contingents étant fournis par la Chine, l'Inde, l'Indonésie, le Nigéria, l'Afrique du Sud... Ces chiffres m'amènent à rappeler que l'on peut très bien porter le bacille de Koch de nombreuses années et mourir de vieillesse, mais tout de même, 1 772 000 en sont mortes en 2007. Comme un malheur n'arrive jamais seul, le fort impact de la tuberculose en Afrique par rapport au nombre d'habitants s'explique par la forte prévalence du VIH. C'est tragique et parfaitement logique: le VIH sape les défenses immunitaires qui contiennent l'installation et la progression de la tuberculose. C'est pourquoi à l'échelle mondiale 15% des nouveaux cas de tuberculose étaient déjà porteurs du VIH.

Et en France alors? On peut entendre nombre de jeunes et/ou futurs parents s'interroger sur la pertinence du BCG pour leur enfant, maintenant que ce vaccin né dans la douleur n'est plus obligatoire (quand il n'est pas question d'opposition idéologique au vaccin). La déclaration de cette maladie étant elle obligatoire, on dispose de statistiques assez précises:  5 588 cas ont ainsi été déclarés en 2007, essentiellement en région parisienne, ce qui constitue une augmentation de 5% par rapport à 2006, soit un come-back plus que respectable à cet âge. On dispose de quelques éléments de démographie dans ce document de l'insitut de Veille Sanitaire. Il existe une influence peu politiquement correcte du lieu de naissance: chez les personnes nées en France, ce sont les personnes âgées qui sont les plus touchées, plutôt les jeunes adultes chez les personnes nées hors de France, catégorie bien plus touchée dans son ensemble. Comme partout dans le monde, il existe en France une corrélation entre la tuberculose et le VIH: 20% des cas déclarés sont associés au VIH. il n'est donc pas question de négliger la tuberculose en France, mais sans en faire une psychose, elle ne fait "que" 89 malades et 12 morts pour un million d'habitants. Il est donc recommandé de vacciner les enfants vivant dans des conditions considérées "à risque", comme la région parisienne.

Pour résumer, on peut dire que la tuberculose se nourrit toujours autant des classiques misères humaines, mais qu'elle s'est remise à la mode en agrémentant son menu d'un autre fléau bien moderne, le VIH.
Par Benjamin - Publié dans : Microbiologie
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Mardi 20 janvier 2 20 /01 /Jan 18:50
Via Tom Roud, je découvre Bionumbers (B10NUMB3R5 en leetspeak), un nouveau site formidable qui consiste en une base de données des nombres et des ordres de grandeur en Biologie! Une petite vidéo de démonstration:



C'est tout simplement génial, je crois que je pourrais passer des heures dessus (ha tiens, c'est déjà fait). Preuve que ce site est aussi conçu pour satisfaire une certaine curiosité sans objet, la fonction "random bionumbers", qui vient de m'apprendre que le lait du cochon d'inde contenait 8,1% de protéines... Bien sûr, et c'est tout de même la première utilité, on y trouve aussi des données utiles. Je vous en livre quelques unes qui concernent les bactéries, plus ou moins célèbres:

Tout d'abord, Escherichia coli est l'organisme pour lequel on dispose du plus de données. Je pense qu'on peut remercier Jacques Monod.

Le corps humain contient 1014 bactéries, soit 10 fois plus que de cellules, ce qui ne saurait surprendre les bactérionautes assidus.

A chaque génération d'E. coli, une mutation survient quelque part dans le génome avec une probabilté de 2,5.10-3

Une population d'E. coli a une demi-vie d'environ une journée dans l'eau (non distillée). Au risque de me ridiculiser, j'avoue que je me suis déjà posé plusieurs fois cette question.

Dans une de ces bactéries à un instant donné, on trouve entre 500 000 et 3 000 000 de molécules d'ATP, 1380 ARN messagers et plus de 2 millions de protéines.

Avec les nombres fournis par Bionumbers, on peut aussi soulever quelques petits paradoxes qui amènent à se pencher sur la Biologie des organismes et en rappellent l'importance: E. coli réplique son ADN à une vitesse de 600 nucléotides par seconde et son génome en contient 4,6 millions. Vous pouvez donc en conclure que la réplication du chromosome prend plus de 127 minutes. Or, son temps de génération est de 17 minutes! Evidemment, il y a une astuce, et même deux: il y a plusieurs fourches de réplication qui avancent chacune à 600 nt/s; en moyenne, il ne faut donc "que" 53 minutes pour répliquer un chromosome, ce qui est encore trop. En réalité, chaque bactérie contient plusieurs copies de ce chromosome à des degrés divers de réplication. Autrement dit, la réplication de l'ADN anticipe la division cellulaire, et plusieurs réplications ont lieu à la fois dans une cellule.

Il faut 12 à 20 milliards de molécules d'ATP pour construire une cellule d'E. coli, un nombre qui paraît assez important, alors moi aussi j'ai sorti ma calculatrice: ça nous fait environ 2,5.10-14 moles d'ATP, une molécule énergétique dont l'hydrolyse libère 50 kJ/mol. Ainsi, pour fabriquer une bactérie il faut mobiliser 1,25.10-9 joules, une quantité d'énergie infime qui  pourrait aussi servir à élever la température  de 0,3 nanogramme d'eau de 1°C. Mais c'est une quantité d'énergie énorme! Pour faciliter le calcul, disons qu'une bactérie renferme un volume de 3 µm3 (un pavé de 3x1x1 µm). Si on assimile son contenu à de l'eau, une bactérie contient 3 pg d'eau (3.10-12 g). La quantité d'énergie nécessaire à la fabrication d'une nouvelle cellule correspond à une augmentation de la température de la bactérie de 100 degrés! Si on prend le volume donné par Bionumbers (1µm3), on obtient même 300 degrés... Bon, bien sûr ça n'arrive jamais, parce que la bactérie n'a pas assez d'ATP à la fois (voir plus haut) et qu'elle est rarement calorifugée (avec son petit volume, elle est même toujours en équililre thermique avec son environnement), parce qu'elle serait morte bien avant, et parce que tout de même, elle préfère largement fabriquer des petites bactéries à la place.
 
Voilà, encore une intéressante initiative en provenance d'Harvard, qui est décidément dans tous les bons coups. Il faut juste croiser les doigts pour leurs données soient correctes et/ou bien utilisées, je pressens qu'elles vont alimenter les modèles de tous les théoriciens du monde.


PS : Bon, je sais que Tom Roud avait parlé de Bionumbers avant moi, mais:
-certains ont encore le tort de ne pas lire son blog
-Bionumbers et les bactéries le valent bien
-ici c'est mon blog, je fais ce que je veux

PPS : rien à voir, et rien de scientifique, mais je voulais partager avec vous la phrase du jour. Il y a quelques minutes, je demandais à la petite stagiaire américaine du labo: "ça va?". Réponse : "oui!", puis un silence, et le cri du coeur, sur un ton qui évoquait Noël: "j'ai un nouveau président!"
Par Benjamin - Publié dans : Microbiologie
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Dimanche 30 novembre 7 30 /11 /Nov 19:57

Au risque de me répéter, les bactéries sont partout. Il y a quelques années, on les trouvait à l'origine de l'ulcère gastrique (tiens, un autre prix Nobel), de l'obésité, ou peut-être même de l'arthrose, c'est-à-dire à l'origine de maladies que l'on ne pensait pas être infectieuses. La liste vient de s'élargir à la maladie de Crohn, maladie auto-immune du système digestif, qui serait due, non pas à la présence d'un agent pathogène, mais plutôt à l'absence d'une bactérie!


Cette découverte a été largement diffusée, peut-être parce qu'elle émane de chercheurs français, certainement parce que la maladie de Crohn touche des centaines de milliers de personnes dans nos contrées occidentales, et que ses causes sont restées mystérieuses: "it is disappointing that we are still ignorant of the cause or cure of Crohn's disease, despite a tremendous amount of research in recent years", pouvait-on lire dans cet article de 1988. On conçoit sans peine la frustration accumulée vingt ans après, et que les travaux qui y ont mis fin soient publiés dans PNAS. Au passage, il est amusant que deux semaines auparavant ait été publié dans le même journal un article proposant un test pour trouver les bases génétiques de cette même maladie...


Nos chercheurs ont remarqué chez des patients atteints de la maladie de Crohn un déficit en bactéries à Gram positif, en particulier dans l'espèce Faecalibacterium prausnitzii. Comme d'habitude, on pourrait objecter que l'absence de cette bactérie est une conséquence et non une cause de la maladie de Crohn. En effet, la réponse inflammatoire qui en est l'apanage n'est pas sans effet sur la composition de la flore intestinale, bien au contraire. C'est là qu'intervient la seconde partie de l'étude, où les propriétés anti-inflammatoires de cette bactérie sont mises en évidence, d'abord sur des cellules humaines en culture, chez lesquelles elle réduit l'émission de molécule pro-inflammatoires connues. Plus convaincant et plus intéressant, cette bactérie administrée à des souris atteintes d'un modèle de maladie de Crohn atténue leurs symptomes, et cet effet peut être reproduit au moyen des molécules secrétées par la bactérie dans son milieu (le surnageant de culture). Les auteurs concluent donc que l'on peut imputer la maladie de Crohn à un manque de la bactérie F. prausnitzii, car celle-ci est peu abondante chez les malades, et possède des propriétés anti-inflammatoires qui soulagent les symptômes de cette même maladie chez la souris (grâce à des molécules trèèèès prometteuses).


Il est certes intéressant de découvrir une cause "infectieuse" à une maladie, d'explorer les complexes interactions du corps humain avec sa flore commensale (comme dans le cas de l'obésité), mais aussi de secouer ces bons vieux postulats de Koch. En effet, avec cette causalité "en creux", il est impossible de réaliser une culture pure de bactérie qui provoque la maladie, dont la cause est pourtant bactérienne! En quelque sorte, l'agent infectieux de cette maladie, c'est l'ensemble de notre flore digestive moins F. prausnitzii, sans même mentionner l'influence de l'alimentation, du système immunitaire, des facteurs génétiques et environnementaux...


Enfin, comme de juste, cette découverte permet d'espérer un nouveau traitement préventif basé sur cette bactérie "probiotique", et, qui sait, un nouveau yaourt? "Danacrohn"?

Par Benjamin - Publié dans : Microbiologie
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Mardi 22 juillet 2 22 /07 /Juil 13:13
Cette information grinçante (merci à Louis) nous vient d'une société norvégienne de biotechnologie, Orthogenics, spécialisée dans la recherche de diagnostics innovants de l'arthose. Cette société a annoncé que ses chercheurs auraient trouvé une bactérie contribuant (peut-être) au développement de l'arthrose.

Ceci n'a pas été sans me rappeler la "bactérie de l'ulcère". Longtemps on a cru que l'ulcère gastrique, donc dans l'estomac, n'avait pas de cause infectieuse, en particulier parce qu'on croyait impossible que des bactéries prolifèrent dans un milieu aussi hostile. Or, la plupart des ulcères gastriques sont en réalité causés par une bactérie, Helicobacter pylori. Cette découverte ayant remporté un prix Nobel de médecine en 2005 (ouvrant la voie vers une nouvelle compréhension, une nouvelle prévention et un nouveau traitement de l'ulcère), le lien entre une bactérie et l'arthrose pourrait suivre une trajectoire semblable sinon parallèle: pour expliquer l'arthrose, une maladie extrêmement répandue, on invoque souvent une cause auto-immune, l'hérédité ou la simple usure des articulations. Vraiment, la découverte d'une cause bactérienne à l'arthrose devrait recevoir un accueil enthousiaste, sans même parler de ses applications au niveau des traitements et des diagnostics... si seulement on en savait plus.

En effet, vous avez sûrement remarqué le point d'interrogation à la fin de mon titre; sa présence est due au fait que cette découverte est une annonce d'une société biomédicale, et n'a pas été publiée comme un article scientifique (voir mon précédent billet sur le processus de publication scientifique). Cela signifie en gros que l'on ignore les techniques employées, le détail des résultats, et que l'ensemble n'a pas été validé par deux ou trois chercheurs du domaine et une revue scientifique. Les résultats de la recherche privée sont moins accessibles que ceux de la recherche publique, mais ce n'est pas une surprise. Je suis donc dans l'impossibilité de vous en dire plus sur cette bactérie ou de valider cette information... mais Orthogenics a d'ores et déjà obtenu des financements publics et déposé un brevet sur le traitement de l'arthrose par des agents antibactériens.
Par Benjamin - Publié dans : Microbiologie
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Jeudi 19 juin 4 19 /06 /Juin 10:12
Microbes, bactéries et virus sont des mots qui prennent souvent la même signification pour le grand public, car pour lui ils sont rangés sous la même étiquette "petits trucs qui rendent malades". Cependant, et comme on peut le suspecter, ces mots désignent des objets radicalement différents, que l'on peut prendre la peine de distinguer (tout en essayant de faire simple) pour plusieurs raisons : d'abord, comprendre pourquoi les antibiotiques ne sont pas automatiques, ensuite, appréhender l'extraordinaire diversité du vivant, et enfin, réaliser que tous les microbes ne rendent pas malades, bien au contraire.

Rentrons maintenant dans le vif du sujet : pour faire la différence entre microbes, bactéries et virus, je vais commencer par essayer de définir ce qu'est... une cellule. Je sais que ça ressemble à une digression, mais c’est un détour nécessaire. Une cellule, c’est la plus petite unité structurelle et fonctionnelle d’un organisme. Qu’est-ce à dire ? Nous, les humains, mais aussi les lapins, les pâquerettes, les sapins, les champignons et les bactéries sommes constitués de cellules, qui assument les fonctions élémentaires propres au vivant : transmettre et exprimer l’information génétique, mais aussi tirer matière et énergie de l’environnement (elles possèdent donc un métabolisme).

La figure ci-dessus représente un modèle de cellule, avec les caractéristiques minimales communes à toutes les cellules connues : délimitée par une membrane faite de lipides, cette cellule-type contient (entre autres nombreuses molécules) l'ADN (en rouge) qui supporte son information génétique. Grâce à d'énormes édifices moléculaires, les ribosomes (en vert), la cellule interprète l'information contenue dans l'ADN pour fabriquer des protéines (en bleu), qui sont à la base du fonctionnement de la cellule. Ces protéines peuvent servir à la construction de la cellule et de l'organisme (comme le collagène, la kératine...), ou encore à réaliser des travaux chimiques ; on les appelle alors "enzymes", et leurs fonctions sont très variables : produire de l'énergie à partir des glucides (ou sucres, en bordeaux) trouvés dans la cellule, copier l'ADN afin que l'information génétique soit transmise à la génération suivante, etc.

Les bactéries sont constituées d’une seule cellule, ce qui leur vaut le nom d’organismes "unicellulaires", mais ce n’est pas une définition suffisante ; si toutes les bactéries sont unicellulaires, tous les unicellaires ne sont pas des bactéries. En réalité, les cellules se divisent en deux types : celles dont l’ADN est renfermé dans un noyau, que l’on appelle "eucaryotes" pour "vrai noyau" (et qui par extension appartiennent aux organismes eucaryotes), et les cellules dépourvues de ce noyau, chez qui l’ADN n'est donc contenu dans aucun compartiment, et que l’on appelle "procaryotes" (pour "avant le noyau"). Nous y voilà : ce que l’on nomme les bactéries, c’est exactement l’ensemble des organismes procaryotes, qui se trouvent être aussi unicellulaires. Corollaire : tous les organismes que l'on peut voir à l'oeil nu, qui sont multicellulaires, sont également eucaryotes. On verra sans doute une autre fois que les "bactéries" sont en réalité l’union de deux ensembles extrêmement différents, les "eubactéries" (pour "vraies bactéries") et les Archaea (anciennement "archéobactéries"), n’ayant en commun que leur caractèr procaryote. Dépourvues de noyau, les bactéries sont tout aussi dépourvues des compartiments intracellulaires (ou organites) qui sont la marque des cellules eucaryotes. A de rares exceptions près, les bactéries sont donc plus petites que ces dernières ; une bactérie mesure rarement plus de quelques micromètres, tandis que la plupart des cellules eucaryotes atteignent la dizaine, voire la centaine de micromètres.

Plein de bactéries

Les virus, eux, ne sont pas constitués de cellules : ils se composent d’un assemblage d’acides nucléiques (comme par exemple l’ADN), support de leur information génétique, et de protéines, qui protègent ces acides nucléiques et donnent au virus son pouvoir infectieux. C’est un peu comme si une usine renfermait les plans pour sa propre construction. J’ai parlé de pouvoir infectieux, qui est la capacité du virus à infecter une cellule. Or, c'est la caractéristique fondamentale des virus : pour se reproduire, ils doivent obligatoirement parasiter une cellule, l’organisme auquel elle appartient et son type dépendant du virus considéré. Grâce à ses protéines, le virus s’introduit dans une cellule et détourne sa machinerie à son profit. Prenant pour plan et modèle les acides nucléiques du virus, la cellule fabrique alors d’autres virus, souvent jusqu’à sa mort. Puisqu’il en est le parasite, il est aisé de comprendre qu’un virus est plus petit que la cellule à laquelle il s’attaque. Les virus sont donc de petite taille (qui est souvent de l'ordre de la dizaine ou de la centaine de nanomètres), mais les plus gros d’entre eux peuvent dépasser les plus petites cellules!
Voici un modèle de virus : au minimum, un virus est constitué d'un assemblage de protéines que l'on nomme la capside (en bleu), dont la géométrie est en général régulière. Cette capside a pour fonction de protéger l'information génétique du virus, ici de l'ADN (en rouge). C'est tout ce qui est commun à tous les virus, et encore. Chaque virus possède sa propre astuce pour infecter une cellule ; dans le cas présent, la capside se termine par d'autres protéines qui fonctionnent littéralement comme une seringue, qui injectera l'ADN dans la cellule-hôte. Normalement, les virus ne possèdent ni les ribosomes grâce auxquels ils pourraient fabriquer leurs protéines, ni les enzymes qui leur permettraient de répliquer leur ADN, d'exprimer leur information génétique ou de tirer de l'énergie de leur milieu. Ce dilemme de l'oeuf et de la poule (pas de ribosome, pas d'enzymes ; pas d'enzymes, pas de ribosome), les virus l'ont résolu en devenant des parasites obligatoires : la production d'un nouveau virus nécessite toujours une cellule-hôte.

Un virus (rouge) en train de s'attaquer à une innocente bactérie (en bleu, couleurs artificielles)

Nous savons donc à peu près ce que sont les bactéries et les virus : des organismes procaryotes, donc unicellulaires, et des particules infectieuses constituée au minimum de protéines et d’acides nucléiques qui doivent parasiter une cellule pour pouvoir se répliquer. Bactéries et virus n'ont donc rien en commun, si ce n'est (parfois) la capacité de nous rendre malades. Une bactérie est aussi différente d'un virus qu'un ordinateur est différent d'un virus informatique qui se trouverait sur une disquette (OK, sur une clef USB pour les plus jeunes). Au contraire du virus, qui "vit" dans une cellule hôte, la bactérie est une cellule qui a un fonctionnement propre. D'ailleurs, lorsque l’on souhaite s’en débarrasser, si par exemple elle a le mauvais goût de provoquer une maladie, on peut employer des molécules qui perturbent ce fonctionnement : ce sont les antibiotiques. Selon les cas, ils empêchent la bactérie de se nourrir, de répliquer son ADN, de fabriquer ses protéines ou sa paroi… En revanche, les virus, entre deux cellules-hôtes, sont quasiment inertes. Pour cette raison, les molécules antivirales ne peuvent agir que sur un nombre limité de cibles, et lors de la réplication du virus. Un antibiotique est un poison dirigé contre les fonctions cellulaires propres aux bactéries (sinon c’est un poison pour nous aussi…), donc sans effet sur les virus.

Mais alors, qu’est-ce qu’un microbe ? Signifiant "petite vie" (c’est mignon) et synonyme de « microorganisme »,  le mot "microbe" est un terme général qui désigne à la fois les virus, les bactéries, mais aussi tous les organismes microscopiques, y compris les eucaryotes comme les levures, certaines algues, les protozoaires... Wikipedia qualifie le terme "microbe" de "non-scientifique", ce qui est compréhensible quand on remarque qu’il regroupe une bonne partie de la création (animaux, végétaux, champignons, bactéries et virus) sur le seul critère de la taille, mais il existe bien une discipline scientifique vouée à l’étude des microbes, la Microbiologie, qui inclut la Bactériologie, la Virologie, la Parasitologie...

Finalement, tous les microbes provoquent-ils des maladies, comme le suggère l’usage que l’on fait de ce mot ? Non ! Notre propre corps recèle plus de bactéries que de cellules en propre, et ne s’en trouve pas plus mal, au contraire ; en échange du gîte et du couvert, ces bactéries nous rendent de nombreux services, comme de nous protéger contre les "méchantes bactéries", nous aider à mieux tirer parti de nos aliments… Hors de nous (mais tout en restant calmes), considérons les microbes de l’environnement : les cycles de la matière, comme celui de l’azote, sont en grande partie le fait de bactéries et des microbes du sol ou de l’eau, tandis que le phytoplancton, véritable poumon de la planète, est essentiellement microbien. Je ne vous détaillerais pas les services alimentaires rendus par les microbes : pain, fromage, saucisson, choucroute, yaourt, vin, bière…. En un mot comme en cent : certains microbes nous rendent malades, mais nous ne pourrions pas vivre sans eux. C’est d’autant plus vrai au niveau microscopique, dans l’intimité même de nos cellules : toutes les cellules eucaryotes (à de rares exceptions près) possèdent des organites appelés mitochondries, qui sont véritablement leurs centrales énergétiques ; d’autre part, la capacité des cellules eucaryotes végétales à réaliser la photynthèse réside dans des organites appelés chloroplastes. Il se trouve que mitochondries et chloroplastes, sans lesquels la vie aurait été bien différente (pas d’animaux donc pas d’humains, pas de plantes donc pas d’herbe, et donc pas de football), sont les lointains descendants de bactéries…





Pour finir, et sans lien avec ce qui précède, une photo de loutre et un message personnel: joyeux anniversaire!


Par Benjamin - Publié dans : Microbiologie
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Jeudi 1 mai 4 01 /05 /Mai 23:02
Je suis vraiment un microbiologiste indigne. Je ne vaux pas mieux qu'un eucaryotiste, car l'année 2007 s'est déjà écoulée sans que je vous entretienne de Théodore Escherich.

Théodore Escherich est né en 1857, quelque part en Bavière. J'ai donc raté le 150ème anniversaire de sa naissance, célébré en 2007 par un congrès à Würzburg, ville où il poursuivit une partie de ses études. J'aurai probablement une deuxième chance pour le centenaire de sa mort, en 2011. Comment Escherich a-t-il mérité un congrès, qui plus est de microbiologie? Fils d'un statisticien médical, il étudie la médecine et se spécialise en pédiatrie. Docteur en 1881, il commence à exercer à Munich, et cherche dans la microbiologie la racine de certaines maladies pédiatriques. En 1885, c'est en étudiant la flore digestive des enfants et des nouveaux-nés qu'il isole et caractérise une bactérie qu'il appelle bacterium coli commune, mais qui portera plus tard son nom, Escherichia coli. L'origine du nom Escherichia étant allemande et non latine ou grecque, il convient donc de le prononcer avec des "ch" plutôt qu'avec des "k", et non, je ne sais pas ce que ça donne en ch'ti. Notez que le nom d'Escherich a été donné à l'espèce E. coli en 1919, soit après sa mort, selon les règles de l'étiquette et de l'étiquetage des espèces, c'est pas comme certains...


Escherichia coli, aussi appelée Bacillus coli lors du XXème siècle, ou encore colibacille dans le langage courant, est tout simplement la star absolue des bactéries, l'organisme modèle le mieux connu et le plus intensivement étudié par les bactériologistes (ou par les scientifiques des autres disciplines, lorsqu'ils veulent s'encanailler à la paillasse). Bacille à Gram négatif de la famille des Enterobacteriaceae, elle n'est normalement pas pathogène, se multiplie rapidement, peut être cultivée sur divers milieux de culture, y compris les plus simples. La souche de laboratoire vintage, K12, possède un plasmide et un bactériophage lysogène, soit un représentant de chaque type d'élément génétique accessoire. E. coli avait donc tout pour devenir une bactérie modèle en microbiologie, et effectivement, elle a conquis ses lettres de noblesse au milieu du XXème siècle, rapportant le prix Nobel à  Lederberg (1958), Hershey et Luria (1969), Jacob et Monod (1965). Ce dernier, qui élucida chez sa bactérie préférée la régulation de l'expression des gènes, eut cet aphorisme célèbre: "ce qui est vrai pour Escherichia coli est vrai pour l'éléphant", bien sûr excessif, mais qui illustre la valeur de cette brave bactérie en tant qu'organisme modèle, qui nous a dévoilé bien des mystères. 

Mais Escherichia coli n'est pas qu'une bête de laboratoire, elle est aussi versatile, ainsi que les microbiologistes se plaisent à la qualifier. En effet, au sein de l'espèce E. coli, certaines souches sont inoffensives, et d'autres pathogènes. Si vous avez lu ce billet sur la notion d'espèce bactérienne, vous savez déjà que l'agent de la dysentrie, Shigella, appartient à l'espèce E. coli. On y trouve aussi des souches qui provoquent des infections urinaires, des infections digestives, et parmi ces dernières, probablement la pire de toutes, E. coli O157:H7, qui peut en plus provoquer des complications rénales graves (le syndrome hémolytique-urémique, ou SHU), notamment chez les enfants... ce qui nous rappelle à propos que Théodore Escherich était pédiatre.

Si vous restez sur votre faim en ce qui concerne Escherichia coli "dans la vraie vie", je vous concocterai un petit billet sur son écologie et sa physiologie.

Par Benjamin - Publié dans : Microbiologie
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Mercredi 23 avril 3 23 /04 /Avr 17:32
Le monde se divise en deux: entre ceux qui ont un pistolet chargé et ceux qui creusent, certes. Il se divise aussi entre les personnes qui convertissent la majorité du cholestérol de leur alimentation en coprostanol (qui, comme son nom le suggère, n'est pas assimilé par l'organisme), et les autres. La raison? Les bactéries, bien sûr! Si vous avez lu sur ce même blog les billets traitant de la flore digestive que nous hébergeons et de ses relations avec notre métabolisme (sur l'obésité et le chocolat), vous ne serez pas surpris par cet article, qui rapporte l'isolation d'une bactérie capable de réduire le cholestérol en coprostanol.

Des chercheurs de l'INRA ont ainsi prélevé des bactéries provenant d'un humain bon producteur de coprostanol, et ont sélectionné les bactéries qui les intéressaient sur un milieu contenant du cholestérol (à base de cerveau, qui en est très riche). Ils parvinrent ainsi à isoler une souche bactérienne capable de réduire le cholestérol, souche appartenant au genre Bacteroides, le plus représenté dans la flore digestive, et baptisée du joli nom de D8.

Selon le communiqué de presse de l'INRA relatif à ces travaux, "une telle bactérie pourrait être à terme utilisée pour diminuer le taux de cholestérol trop élevé chez les personnes à risque". Logique! La bactérie mange du cholestérol, on retrouve donc moins de cholestérol dans nos artères! Oui, mais pas aussi directement. En effet, le foie ajustant sa propre synthèse de cholestérol selon les apports des aliments, la quantité de cholestérol présente dans notre organisme est à peu près constante. De plus, le mot "cholestérol" désigne plusieurs choses: la molécule indispensable au fonctionnement de notre organisme, que nous trouvons dans notre alimentation mais que nous synthétisons nous-mêmes en grande partie, et les formes sous lesquelles cette molécule est transportée dans le sang, associée à des lipoprotéines; c'est alors seulement que l'on parle de "bon" et de "mauvais" cholestérol, selon la forme de transport. Le cholestérol que nous trouvons dans notre alimentation (en particulier dans la cervelle d'agneau) n'est donc pas le même que celui qui encrasse nos artères. Il existe bien un effet du cholestérol assimilé par la voie digestive, un peu plus intriqué qu'il n'y paraît, mais il augmente bien la quantité de LDL ("mauvais cholestérol") dans le sang. J'ai trouvé un bon résumé de ses effets ici; en particulier, le cholestérol alimentaire réprime l'activité des récepteurs chargés de retirer les LDL du sang.

Apparemment, le phénomène de conversion du cholestérol en coprostanol par les bactéries de la flore digestive était déjà connu depuis les années 30. La nouveauté de l'article réside dans l'isolation d'une bactérie qui en est responsable chez l'homme, des résultats similaires ayant été obtenus chez le rat et le babouin (la bactérie isolée appartenant alors à un autre genre, Eubacterium). Les auteurs ne mentionnent pas ces travaux, qui pourtant ont abouti à l'isolement chez l'homme d'une bactérie aux mêmes propriétés, mais ils ont sûrement une bonne raison, je ne suis pas cholestérolologue. La représentativité de la souche D8 est elle-même mise en cause par les auteurs: ils n'ont pu la détecter par PCR chez 11 autres humains bon convertisseurs de cholestérol, ce qui tend à montrer que ce n'est pas D8 qui est responsable de cette conversion dans la majorité des cas (je leur fais confiance pour avoir recommencé cette PCR plusieurs fois).

L'isolation de la souche D8 est donc d'une nouveauté et d'une signification biologique limitées, même si elle nous éclaire un petit peu plus sur les mystères de la flore digestive, de son interaction avec notre métabolisme, et sur le métabolisme du cholestérol en particulier. Mais le vrai mérite de ces travaux est ailleurs: il réside dans le fait d'avoir trouvé une bactérie de la flore humaine qui effectue un travail très utile, potentiellement d'un grand intérêt sanitaire, et que nous avons de bonnes chances de trouver un jour dans nos yaourts... si nous arrivons à oublier d'où elle vient.

Par Benjamin - Publié dans : Microbiologie
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Mercredi 9 avril 3 09 /04 /Avr 20:00
Les antibiotiques (qui ne sont pas automatiques) ont été utilisés à partir des années 1940, grâce à la découverte fortuite d'Alexander Fleming. Un antibiotique, c'est tout simplement une molécule qui a la propriété d'empêcher la multiplication des microbes, en général des bactéries, soit parce qu'elle bloque leur cycle cellulaire (effet bactériostatique), soit parce qu'elle les tue (effet bactéricide). Les antibiotiques sont répartis en plusieurs familles; à chacune d'entre elle correspond une structure moléculaire (certaines formes de cycles,  certains hétéroatomes, etc.) et une cible spécifique (le ribosome bactérien, la synthèse de la paroi...). Mais après tout, si l'on oublie un instant les propriétés des antibiotiques pour ne considérer que leur nature, on remarque qu'il s'agit de molécules carbonées, comportant fréquemment de l'azote, du soufre... rien que des bonnes choses pour des bactéries en pleine croissance! Dans un de mes tout premiers billets (instant nostalgie), j'évoquais que l'ADN était une source de nutriments largement sous-estimée, un rôle éclipsé par la fonction "noble" et bien connue de l'ADN, servir de support de l'information génétique. Alors que les mécanismes de résistance aux antibiotiques consistent souvent en une dégradation chimique de la molécule, certaines bactéries ont-elles trouvé le moyen de s'en nourrir, c'est à dire de la dégrader et d'en tirer matière et énergie?

D'après cet article, publié la semaine dernière dans Science (sans oublier son commentaire), les bactéries pouvant se nourrir d'antibiotiques ne sont pas rares. Le terme "nourrir" n'est pas emprunté; certaines bactéries peuvent utiliser certains antibiotiques non pas comme une vitamine ou comme un complément alimentaire, mais comme seule source de carbone! Un peu comme les pâtes pour un thésard! Maintenant que je vous ai livré le principal résultat, vous pouvez sauter le paragraphe suivant, qui traite de la méthodologie employée (à partir des annexes de l'article). Vous auriez tort, car c'est passionnant!

Pour isoler des bactéries utilisant un antibiotique comme seule source de carbone, on ajoute cet antibiotique à un milieu de culture qui contient tous les éléments nécessaires à la croissance des bactéries: sels de sulfate, de phosphate, fer, zinc... mais pas d'autre source de carbone. Ce milieu a donc la propriété de sélectionner les bactéries pouvant croître en présence de l'antibiotique (c'est bien), et ce en l'utilisant comme seule source de carbone (c'est mieux). Remarquons que le milieu contient 1 gramme d'antibiotique par litre, ce qui est classique pour une source de carbone, mais incroyablement élevé pour un antibiotique (au laboratoire et en médecine, les antibiotiques sont utilisés à raison de quelques dizaines de milligrammes par litre). Les auteurs ont donc fabriqué des milieux contenant un antibiotique comme seule source de carbone, et ce avec 18 antibiotiques différents, naturels ou sythétiques et représentatifs des principales familles. Ils ont ensuite inoculé ces milieux avec des échantillons de sol de 11 provenances différentes, réparties en trois catégories: terres agricoles, terres "sauvages" (marais, forêts non aménagées...) et milieu urbain, probablement dans l'espoir de déceler des corrélations entre la présence humaine et la capacité des bactéries à consommer des antibiotiques. Après plusieurs étapes de culture en milieu liquide et étalement sur milieu gélosé, on obtient donc des clones amateurs d'antibiotiques. Premier résultat frappant: tous les antibiotiques peuvent être utilisés comme seule source de carbone par au moins une souche bactérienne. Mieux, tous les échantillons de sol testés recèlent des bactéries mangeuses d'antibiotique. On remarque que dans un échantillon de sol, les bactéries "urbaines" ne sont rebutées que par 1 antibiotique en moyenne, contre 2,67 pour les bactéries "rurales", et 5,67 pour les bactéries "sauvages". On peut proposer deux interprétations à ce phénomène: plus exposées aux antibiotiques du fait de l'activité humaine, les bactéries mangeuses d'antibiotiques sont plus représentées dans les sols agraires et urbains, ou les sols d'origines différentes hébergent des bactéries différentes, qui par hasard n'ont pas le même régime alimentaire. Dernier résultat d'importance, les bactéries mangeuses d'anibiotiques n'appartiennent pas à une même famille qui aurait de bizarres habitudes alimentaires; elles sont largement réparties dans l'arbre phylogénétique des bactéries (avec une forte proportion des ordres Burkholderiales et Pseudomonadales), et ce pratiquement pour tous les antibiotiques. Les auteurs ne manquent d'ailleurs pas de relever que certains des phylums identifiés par leurs ARN 16S contiennent des bactéries pathogènes pour l'homme.

Bien sûr, ces travaux sont pertinents du point de vue médical car ils mettent en lumière de nouvelles formes de résistances aux antibiotiques. Cependant, le fait que des bactéries puissent non seulement dégrader, mais aussi se nourrir de ces molécules (c'est-à-dire en tirer matière et énergie) nous pousse à nous interroger sur la signification écologique des antibiotiques. En effet, passé l'agréable surprise de découvrir ces molécules anti-bactériennes produites par les microorganismes du sol, on peut se demander quelle est leur utilité, ou, si vous préférez, quelle pression de sélection a conduit des microbes à les synthétiser. Au premier abord, la réponse est évidente: les antibiotiques sont des armes dans la compétition que se livrent les microorganismes. C'est probable, mais on pourrait opposer à cette interprétation deux objections de poids. Premièrement, dans la nature les antibiotiques n'atteignent pas les concentrations qui ont effectivement un effet bactéricide au laboratoire. Leur efficacité dans la compétition est donc limitée, surtout si l'on tient compte du fait que leur synthèse n'est pas gratuite et que les résistances sont naturellement répandues. Deuxièmement, si les antibiotiques peuvent servir de nutriments à certaines bactéries (attention, probablement pas de nourriture principale), ils ont donc un effet positif sur celles-ci, à l'opposé du rôle "d'arme" qu'on leur prête. Il peu s'agir d'un simple accident évolutif,  comme une adaptation des bactéries à la présence d'antibiotiques dans leur milieu, ou de quelque chose de plus tordu encore, par exemple une stratégie des microbes producteurs d'antibiotiques qui auraient intérêt à favoriser certaines espèces de leur voisinage. Voici un bel écheveau à démêler pour nos courageux pionniers de l'écologie microbienne.


Ces bactéries se nourrissent donc du poison qui leur était destiné... Par association d'idée, cela m'a rappelé la salamandre, animal mythique réputé insensible au feu et choisi comme emblème par François 1er, accompagné de la devise: "nutrisco et extinguo", "je m'en nourris et je l'éteins". Avec la devise "je m'en nourris et je le dégrade" ("nutrisco et detrimentum affero"??), il faut absolument utiliser ces bactéries en héraldique!


Par Benjamin - Publié dans : Microbiologie
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Mercredi 20 février 3 20 /02 /Fév 18:39
Puisque de nombreuses personnes arrivent ici chaque jour pour se rensigner sur la coloration de Gram et la structure des bactéries, j'ajoute une petite vidéo à mon billet sur le sujet.

Mode d'emploi : la vidéo est à votre disposition au format .mov, lu par quicktime, logiciel normalement intégré dans vos navigateurs; ouvrez le lien dans un nouvel onglet ou une nouvelle fenêtre. Une autre fois peut-être, je passerai par Youtube pour intégrer la vidéo directement dans ce billet, mais la déperdition en qualité est trop importante.

L'intérêt de cette vidéo est double : premièrement, elle pourra peut-être aider certains d'entre vous à mémoriser la couleur correspondant à tel groupe de bactéries (personnellement, ça m'a pris quelques années). Deuxièmement, elle m'a permis de me faire la main sur Keynote, qui possède une fonction d'exportation des présentations sous forme de vidéo. Je sais, le résultat n'est pas tout à fait au point, j'ai dû enlever beaucoup d'animations qui passaient mal, mais il ouvre des perspectives intéressantes .

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Par Benjamin - Publié dans : Microbiologie
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