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Quel est l'organisme le plus tolérant à la chaleur ?

Quel est l'organisme le plus tolérant à la chaleur ?


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Quel est l'organisme le plus tolérant à la chaleur (ou aimant la chaleur - hyperthermophile) identifié à ce jour ? Quelles adaptations cet organisme a-t-il pour supporter des températures aussi élevées ?


Methanopyrus kandleri a été capable de croître et de proliférer à des températures allant jusqu'à 122°C lorsqu'elle est inférieure à environ 20 atm (Takai et. al. 2008). Cela a été réalisé en laboratoire, mais la théorie devrait être vraie pour les évents thermiques en mer profonde. Une autre souche de M. kandleri a survécu à l'incubation à 130°C mais n'a pas pu se reproduire à cette température.

L'une des adaptations clés pour les thermophiles est la sélection vers une copie extrêmement thermostable de l'enzyme ADN polymérase. Cela permet la réplication de l'ADN à haute température et est similaire à la polymérase 'Taq' utilisée dans la réaction en chaîne des polymères dans les laboratoires, dérivée d'un autre thermophile, Thermus aquatique.


Les références

  • Takai K, Nakamura K, Toki T, Tsunogai U, Miyazaki M, Miyazaki J, Hirayama H, Nakagawa S, Nunoura T, Horikoshi K. 2008. Prolifération cellulaire à 122°C et production de CH4 isotopiquement lourd par un méthanogène hyperthermophile sous culture à haute pression. PNAS 105 : 10949-10954.

J'ajouterais que biochimiquement parlant, les animaux et les micro-organismes des bouches thermiques ont tendance à avoir une teneur en GC plus élevée dans leur génome, ce qui le rend plus thermostable.

Toutes les protéines sont adaptées pour travailler à plus haute température. Il y a un plus grand nombre de ponts salins et de liaisons hydrogène spécifiques dans les protéines pour les stabiliser - plus d'arginines, plus d'acides glutamiques, etc. Bien que cette référence indique que la cystéine est moins courante, j'imagine que tout ce qui n'est pas dans un environnement réducteur aura plus de liaisons disulfure - par exemple pour les protéines à la surface des cellules.

Les évents sulfureux en mer profonde auraient tendance à se réduire, tout comme l'intérieur de la cellule, mais peut-être que dans le cas d'extémophiles de sources d'eau chaude douce, cela pourrait être le cas.

Référence : http://peds.oxfordjournals.org/content/13/3/179.full


Et le feu ? Un feu d'herbe à travers la prairie ou un feu de forêt génère des températures supérieures à celles mentionnées ici et pourtant, de nombreux organismes, principalement des plantes, ont besoin du feu pour permettre aux graines de s'ouvrir et de germer. Je sais que le feu est une situation de courte durée, mais elle est néanmoins extrême. L'écorce du ronce de chêne, par exemple, est plutôt résistante au feu.


Quel est l'organisme le plus tolérant à la chaleur ? - La biologie

Produit par Jim Deacon
Institut de biologie cellulaire et moléculaire, Université d'Édimbourg


Plages de température des micro-organismes

Les micro-organismes peuvent être regroupés en catégories larges (mais pas très précises), en fonction de leurs plages de température de croissance.

  • Psychrophiles (aime le froid) peut croître à 0 o C, et certains même jusqu'à -10 o C, leur limite supérieure est souvent d'environ 25 o C.
  • Mésophiles croître dans la plage de température modérée, d'environ 20 o C (ou moins) à 45 o C.
  • Thermophiles aiment la chaleur, avec une température de croissance optimale de 50 o C ou plus, un maximum de 70 o C ou plus, et un minimum d'environ 20 o C.
  • Hyperthermophiles ont un optimum supérieur à 75 o C et peuvent donc croître aux températures les plus élevées tolérées par tout organisme. Un exemple extrême est le genre Pyrodicte, trouvé sur les zones chauffées par géothermie des fonds marins. Il a une température minimale de 82 o , un optimum de 105 o et un maximum de croissance de 110 o C.

Il faut souligner que les plages de température pour les groupes ci-dessus ne sont qu'approximatives. Par exemple, nous utiliserions différents critères pour classer les procaryotes et les eucaryotes. La limite supérieure de température pour la croissance de tout organisme eucaryote thermophile est d'environ 62-65 o C. Et la limite supérieure pour tout eucaryote photosynthétique est d'environ 57 o - pour l'algue rouge Cyanidium caldarium, qui pousse autour des sources chaudes et a une température optimale de 45 o C. Contrairement à cela, certaines cyanobactéries unicellulaires peuvent se développer jusqu'à 75 o C, et certains procaryotes non photosynthétiques peuvent se développer à 100 o C ou plus.

Ci-dessous, nous considérons deux principaux types de thermophiles - les microbes qui se développent dans les sites géothermiques et ceux qui se développent dans des matériaux "auto-chauffants" tels que les composts. Cependant, certains rapports très récents suggèrent que ces différents types d'environnement peuvent partager certains organismes communs.

L'étude des environnements extrêmes a un potentiel biotechnologique considérable. Par exemple, les deux espèces thermophiles Thermus aquatique et Thermococcus litoralis sont utilisés comme sources de l'enzyme ADN polymérase, pour le réaction en chaîne par polymérase (PCR) dans les empreintes digitales de l'ADN, etc. Les enzymes de ces organismes sont stables à des températures relativement élevées, ce qui est nécessaire pour le processus de PCR qui implique des cycles de chauffage pour rompre les liaisons hydrogène dans l'ADN et laisser des brins simples qui peuvent être copiés à plusieurs reprises. Un autre thermophile, Bacillus stearothermophilus (température maximale de 75 o C) a été cultivée commercialement pour obtenir les enzymes utilisées dans les lessives « biologiques ».

Les sources chaudes et les cheminées géothermiques se trouvent dans plusieurs parties du monde, mais la plus grande concentration se trouve dans le parc national de Yellowstone, aux États-Unis. Les images ci-dessous montrent comment certains procaryotes thermophiles (bactéries et archée) sont spécialement adaptés pour pousser dans ces environnements. Dans chaque cas on retrouve une zonation des micro-organismes en fonction de leurs optimums de température. Souvent ces organismes sont colorés, en raison de la présence de pigments photosynthétiques (bleu-vert de cyanobactéries, rouge de algues rouges ou bactéries violettes) ou des pigments caroténoïdes (jaunes et bruns de certaines archées).

MT Madigan, JM Martinko & J Parker (1997) Brock Biologie des micro-organismes. Huitième édition.. Prentice Hall. (voir http://www.prenhall.com/brock/ )

MT Madigan & BL Marrs (1997) Environnements punitifs: extrêmophiles. Scientifique américain numéro 4 ( http://www.sciam.com/0497issue/0497marrs.html )

M.W.W. Adams et R.M. Kelly. (1995) Enzymes isolées de micro-organismes qui se développent dans des environnements extrêmes. Nouvelles de la chimie et de l'ingénierie 73, 32-42.

extrêmophiles. Numéro spécial de la Fédération des sociétés européennes de microbiologie (FEMS) Avis de microbiologie 18, n° 2-3 mai 1996.

K. O. Stetter (1996) Les hyperthermophiles dans l'histoire de la vie. dans Évolution des écosystèmes hydrothermaux sur Terre (et sur Mars ?). Edité par GR Bock & JA Goode. John Wiley & Sons.

Un compost se compose de tout matière organique facilement dégradable qui est conservé dans un tas avec suffisamment de nutriments minéraux (par exemple l'azote) et aération suffisante pour permettre une croissance microbienne rapide. L'exemple le plus connu est le tas de compost de jardin, mais des exemples plus importants sont les usines de compostage utilisées pour traiter les déchets municipaux et les composts utilisés pour la production commerciale de champignons.

Le processus de compostage typique est illustré dans Chiffre E au dessous de. Il y a une phase initiale de croissance microbienne rapide (une) sur les sucres et les acides aminés les plus facilement disponibles. Cette phase est initiée par les organismes mésophiles, qui génèrent de la chaleur par leur métabolisme et élèvent la température à un point où leurs propres activités sont supprimées. Puis quelques champignons thermophiles (ex. Rhizomucor pusillus, Figure F) et plusieurs bactéries thermophiles (par ex. Bacillus stearothermophilus) continuer le processus, en élevant la température du matériau à 70-80 o C en quelques jours. Cette pic de chauffe phase (b) a un effet profond sur la population microbienne, car il détruit ou inactive tous les organismes mésophiles (et les champignons thermophiles initiaux tels que Rhizomucor pusillus) et conduit à une phase prolongée à haute température qui favorise d'autres espèces thermophiles.

Figure E. Évolution de la température (trait plein) et des populations de champignons mésophiles (trait pointillé) et de champignons thermophiles (trait pointillé) dans un compost de paille de blé. Basé sur les données de Chang & Hudson, 1967. L'axe de gauche montre les populations fongiques (logarithme des unités formant colonie par gramme de compost étalé sur de la gélose), l'axe de droite montre la température au centre du compost. Étapes une- sont mentionnés dans le texte.

Finalement, la température baisse et les organismes mésophiles recolonisent alors le compost et déplacent les thermophiles ( dans la figure E). Cependant, certaines espèces tolérantes à la chaleur telles que Aspergillus fumigatus peut continuer à croître. Ce champignon peut se développer à des températures allant de 12 o à environ 52-55 o . À proprement parler, ce n'est pas un thermophile parce que sa température optimale est inférieure à 50 o , mais c'est un membre très commun et important de la communauté du compost à haute température.

Tous les champignons thermophiles présentés ci-dessous ont été obtenus en étalant de petites particules de compost de jardin sur de la gélose pomme de terre-dextrose contenant des agents antibactériens (streptomycine plus chlortétracycline) à 45 °C.

Chiffre F. Rhizomucor pusillus. Colonie typique de couleur grise sur une plaque de gélose pomme de terre-dextrose à 45 o C (image de gauche). Ce champignon produit d'abondantes hyphes aériennes "fluffy" et des tiges porteuses de spores (sporangiophores) qui sont ramifiées (images du centre et de droite) et ont sporanges au bout des branches. Les parois délicates des sporanges se brisent pour libérer de nombreuses spores, ne laissant qu'une région bulbeuse centrale (le columelle, c) et les restes de la paroi du sporange (tête de flèche sur l'image de droite).

Avec une plage de température de 20 à 55 °C, ce champignon est un colonisateur précoce typique des composts, exploitant les sucres simples, les acides aminés, etc. qui sont initialement présents dans le matériel végétal. Il est inactivé lors des pics de chauffe, et il ne se recolonise pas ensuite.

Chiffre G. Humicola (ou Thermomyces) lanuginosus. Colonies poussant sur de la gélose pomme de terre-dextrose (en haut à gauche) et de la gélose à l'extrait de malt (en haut à droite) à 45 o C. Ce champignon produit des spores uniques par un processus de gonflement en forme de ballon au bout de courtes branches hyphes (en bas, à gauche). À maturité (en bas à droite), les spores ont des parois brunes et ornementées.

H. lanuginosus pousse de 30 à 52-55 o C. Il est extrêmement commun dans tous les types de matériaux auto-échauffants et aussi dans les nids d'oiseaux et les sols chauffés par le soleil. Il colonise les composts après le pic de chauffe et persiste pendant toute la phase de haute température. Cependant, il ne peut pas dégrader la cellulose et il semble vivre comme un commensal avec les espèces en décomposition de la cellulose, partageant une partie des sucres libérés par les parois cellulaires végétales par leurs activités cellulolytiques.


Chiffre H. Thermoascus aurantiacus colonie (à gauche) poussant sur de la gélose à l'extrait de malt à 45 o C. La couleur brun orangé est causée par la présence de nombreux petits (environ 1 millimètre) de fructifications (ascocarpes), qui sont visibles à un grossissement plus élevé (en haut à droite). Ces ascocarpes sont des corps fermés, appelés cléistothèces, contenant de nombreux asci, chacun avec 8 ascospores. Les cléistothèces et les parois de l'asque se brisent à maturité pour libérer les ascospores. Quatre asques contenant des ascospores sont montrés dans l'image composite en bas à droite. Ils ont été relâchés lorsqu'un cléistothèce a été écrasé sur une lame, et ils montrent des ascospores à divers stades de maturité - les spores brunes sont presque matures.

Ce champignon croît d'environ 25 à 55 °C et est un vigoureux dégradant de la cellulose.

Figure I. Paecilomyces espèces poussant sur gélose à l'extrait de malt à 45 o C (image de gauche). La couleur jaune chamois de la colonie est causée par la présence de structures de spores asexuées sur les hyphes aériens. Les stades de sporulation du genre Paecilomyces (image de droite) ressemblent superficiellement à celles de Pénicillium, parce que les spores (conidies, c) sont formés d'alvéoles en forme de flacon (phialides, p) portées à l'extrémité de structures ramifiées courtes en forme de brosse. Mais le motif de ramification de ces "brushes" est moins régulier que dans Pénicillium .

Figure J. Aspergillus fumigatus. Ce champignon commun des composts et des grains moisis a une couleur gris-vert sur les plaques de gélose (image de gauche), contrairement à la couleur verte plus vive de plusieurs autres Aspergillus espèce. Le stade typique de spores asexuées de Aspergillus se compose d'un hyphe portant des spores (conidiophore, image centrale) qui se gonfle en une vésicule à l'extrémité, et la vésicule porte des cellules en forme de flacon (phialides) qui produisent les spores (conidies). Dans A. fumigatus la vésicule est typiquement en forme de massue, les phialides ne proviennent que de la partie supérieure de la vésicule et les phialides pointent toutes vers le haut. Avec la couleur gris-vert et la plage de température d'environ 12-52 o C, ces caractéristiques distinguent A. fumigatus de tous les autres Aspergillus espèce.

A. fumigatus est un champignon extrêmement commun, intéressant et dangereux en raison de son opportunisme nutritionnel. Il est fortement cellulolytique, mais il peut également se développer sur les hydrocarbures contenus dans le kérosène d'aviation, et il peut pénétrer dans les poumons sous forme de spores inhalées, provoquant des allergies ou se développant dans les cavités pulmonaires, provoquant des aspergillomes (voir Microorganismes aéroportés). Sa capacité à se développer facilement à 37 o C a fait de ce champignon un problème important dans les salles d'opération, où il peut établir des infections des organes internes via des plaies chirurgicales, en particulier lors d'une greffe lorsque le système immunitaire du patient est affaibli.

Bien que les champignons thermophiles jouent un rôle majeur dans la dégradation de la cellulose et d'autres polymères majeurs dans les composts, les activités des bactéries sont également importantes. Deux découvertes récentes soulignent ce point.

  • En 1996, il a été signalé que les composts de nombreux types différents (déchets de jardin et de cuisine, boues d'épuration, systèmes de compostage industriel) contiennent un nombre élevé de bactéries du genre Thermes qui poussent sur des substrats organiques à des températures de 40-80 o C, avec une croissance optimale entre 65 et 75 o C. Les nombres étaient aussi élevés que 10 7 à 10 10 par gramme de poids sec de compost. Formation de spores Bacille espèces ont également été trouvées, mais elles étaient incapables de croître au-dessus de 70 o C. Ainsi, il semble que Thermes des espèces, jusqu'alors connues uniquement des sites géothermiques, se sont probablement adaptées au système de compost chaud et jouent un rôle majeur dans la phase de pointe de chauffe. [T. Beffa et al., 1996. Microbiologie appliquée et environnementale62, 1723-1727].
  • Toujours en 1996, un certain nombre de autotrophe Des bactéries (autoalimentées) ont été isolées des composts. Ces bactéries non sporulées se sont développées à 60-80 o C, avec des optima de 70-75 o C, et ressemblaient beaucoup Hydrogénobactérie des souches qui n'étaient auparavant connues que des sites géothermiques. Ils obtiennent leur énergie en oxydant du soufre ou de l'hydrogène, et synthétisent leur matière organique à partir de CO2. [T. Beffa et al., 1996. Archives de microbiologie165, 34-40]

Il y a beaucoup à apprendre sur les interactions des micro-organismes dans les systèmes de compostage. Les travaux dans ce domaine sont largement motivés par les besoins commerciaux de produire des composts pour des rendements élevés en champignons (Agaricus espèces) et pour un traitement rapide et efficace des déchets municipaux (domestiques) et industriels.

Contrairement à la séquence de compostage "naturelle" typique (Figure E), les composts de champignons commerciaux sont produits par un processus tronqué en deux phases, conçu pour minimiser la perte de matières cellulosiques qui Agaricus peut utiliser pour la croissance. La phase I implique un pic de chauffage du compost de paille à 70-80 o C pendant plusieurs jours. Ensuite, le compost est pasteurisé à 70 o C et maintenu à environ 45 o C pendant quelques jours supplémentaires (Phase II). Enfin, la température est abaissée et le compost est ensemencé avec Agaricus. Les deux phases préliminaires sont essentielles pour des rendements élevés en champignons. Des travaux récents suggèrent que le champignon thermophile Scytalidium thermophilum devient dominant en phase II et sa présence peut presque doubler le rendement en champignons [G. Straatsma et al., 1995. Revue canadienne de botanique 73, S1019-1024]. La raison en est encore inconnue.

D'autres travaux ont montré que Agaricus bisporus (le champignon commercial) peut utiliser des bactéries vivantes ou tuées par la chaleur comme seule source d'azote pour la croissance. Comme beaucoup d'autres membres du groupe fongique basidiomycota, ce champignon ne prospère pas sur les sources d'azote inorganique telles que l'ammonium ou le nitrate, mais utilise facilement l'azote organique, qu'il peut dégrader en libérant des enzymes protéases. Ainsi, une activité bactérienne initiale élevée dans le compost pourrait fournir au champignon sa source d'azote privilégiée.


Quel est l'organisme le plus tolérant à la chaleur ? - La biologie

La décomposition peut être considérée comme un défilé de nombreuses créatures très minuscules. Le déroulement de la décomposition dans votre colonne dépend des bactéries et des champignons qui l'habitent, des ingrédients que vous avez mis à l'intérieur et de facteurs environnementaux tels que la lumière, la température et l'humidité.

Les premiers organismes en décomposition qui se mettent au travail attaquent les molécules alimentaires les plus disponibles, comme les sucres, les glucides et les protéines. Au fur et à mesure de leur croissance, ces premières bactéries et champignons modifient également l'environnement. Par exemple, ils produisent de la chaleur, modifient le pH et consomment de l'oxygène. Vous verrez ces changements dans votre colonne à mesure que les parties de la plante deviennent sombres et visqueuses.

En changeant leur propre environnement, ces organismes peuvent créer des conditions qui favorisent les microbes concurrents. La définition biologique de la succession est le remplacement d'un type d'organisme par un autre, souvent causé par des changements environnementaux provoqués par le premier organisme.

Dans votre colonne de décomposition, par exemple, un type de bactérie peut prospérer, modifiant le pH et augmentant la température de la colonne au cours du processus. Ces nouvelles conditions peuvent être favorables à un type de bactéries plus tolérantes à la chaleur, qui prendront le relais des bactéries d'origine.

Une colonne de décomposition vous montrera le processus dynamique de décomposition : d'étranges duvets blancs peuvent apparaître et recouvrir votre colonne pendant quelques jours avant de disparaître soudainement pour être remplacés par un duvet sombre qui monte d'un côté. Vous pourriez voir quelque chose d'orange et de visqueux se déplacer lentement le long d'une brindille pourrie. Vous pouvez également observer une vie non microbienne comme les mouches des fruits, les acariens et les mille-pattes.

Les bactéries, champignons, algues, protozoaires et autres organismes qui vivent sur des matières mortes ou en décomposition sont collectivement appelés saprophytes.

Les saprophytes sécrètent souvent des enzymes sur le matériel qu'ils veulent manger. Les enzymes sont des produits biochimiques, responsables de toutes sortes de réactions chimiques, y compris la décomposition de la matière en parties digestibles pour les décomposeurs. Une bûche en ruine posée sur le sol de la forêt, par exemple, montre le travail des enzymes produites par les saprophytes.

Les bactéries sont les décomposeurs les plus nombreux. Un bon sol peut contenir 100 à 1 000 millions de bactéries par gramme. Vous pouvez voir les colonies bactériennes sous forme de taches rondes, allant du blanc au crème en passant par le brun.

Il existe de nombreux types de bactéries. Vous pouvez identifier un type par son odeur. Ces bactéries, appelées actinomycètes, vivent dans le sol et sont responsables de cette odeur fraîche et terreuse qui accompagne un sol nouvellement labouré, ou une pluie estivale tant attendue.

Les champignons peuvent apparaître dans votre colonne comme une couverture floue de moisissure recouvrant une délicieuse chose en décomposition.Les moisissures forment des labyrinthes de minuscules fils appelés mycélium. Si vous regardez attentivement, vous pouvez voir de minuscules points le long des fils. Ces points sont des organes de fructification, qui libèrent des spores fongiques. Une moisissure particulièrement courante, Rhizopus , a un aspect cotonneux avec des points noirs, et apparaît souvent sur le pain, les fruits et autres aliments.

Les moisissures visqueuses sont des organismes qui se déplacent, se nourrissant de micro-organismes tels que des bactéries. Ils sont souvent de couleur vive et ont l'apparence et la consistance d'un pudding. Les moisissures visqueuses se déplacent souvent vers la lumière, laissant derrière elles des traces ressemblant à des escargots et produisant de nombreux minuscules organes de fructification, certains ressemblant à de minuscules champignons.

Les algues peuvent apparaître dans votre colonne sous la forme d'une teinte verte à la surface du sol ou sur une brindille humide. Vous avez probablement vu des algues, comme Spirogyra, pousser sur les rives d'une rivière, d'un lac, ou peut-être sur les côtés d'un aquarium, ou sous forme d'algues dans l'océan.

Les protozoaires sont un autre organisme jouant un rôle dans le drame de la décomposition. Ces organismes unicellulaires, tels que les amibes, varient considérablement en taille, en forme et dans la manière dont ils se déplacent. Vous pourriez voir des protozoaires nager si vous mélangez un peu d'eau avec des matières en décomposition et que vous les examinez au microscope. Bien qu'une grande partie de l'action se déroule à une échelle microscopique, la décomposition est un processus passionnant, même à l'œil nu. En étudiant votre colonne de décomposition, vous pouvez avoir une idée de la grande diversité et de l'activité de la vie microbienne. Les bactéries, les champignons, les algues et les protozoaires sont peut-être petits, mais ils sont responsables de nombreux changements.


Nomenclature binominale

La culture de dénomination (de différents organismes) pratiquée uniformément à travers le monde est connue sous le nom de nomenclature binomiale.

La nomenclature binomiale se compose en grande partie de deux mots - le premier mot commençant par une lettre majuscule et connu sous le nom de genre (de l'organisme) et le deuxième mot commence par une lettre minuscule et définit l'espèce de l'organisme.

La nomenclature binomiale doit être écrite en italique et également connue sous le nom de nom scientifique.

Par exemple, la nomenclature binomiale de l'humain est - Homo sapiens tigre - Panthera tigris, etc.


Que sont les extrêmophiles ? (Avec des photos)

Un extrêmophile est un microbe qui se développe dans des conditions extrêmes de température, de pression, de salinité ou de concentrations de produits chimiques hostiles. De nombreux extrêmophiles appartiennent au royaume Archaea, également connu sous le nom d'archaebactéries, et les archaebactéries les plus connues sont des extrêmophiles. Il existe également des extrêmophiles en dehors du royaume Archaea, par exemple des bactéries et des procaryotes eucaryotes qui sont extrêmophiles, ainsi que des espèces de vers, de crustacés et de krill.

Voici différents types d'extrêmophiles. Certains extrêmophiles peuvent appartenir à plusieurs catégories :

  • Acidophile : Un organisme avec un niveau de pH optimal égal ou inférieur à pH 3.
  • Alcaliphile : Un organisme avec une croissance optimale à des niveaux de pH de 9 ou plus.
  • Endolithe : Un organisme qui vit à l'intérieur des roches.
  • Halophile : organisme nécessitant au moins 2 M de NaCl pour sa croissance.
  • Hyperthermophile : Un organisme qui peut prospérer à des températures comprises entre 80 et 110 °C (176 - 230 °F).
  • Hypolith : Un organisme qui vit à l'intérieur des roches dans les déserts froids.
  • Métalotolérance : capable de tolérer des niveaux élevés de métaux lourds, tels que le cuivre, le cadmium, l'arsenic et le zinc.
  • Oligotroph : Un organisme capable de croître dans des environnements nutritionnellement limités.
  • Piézophile : Un organisme qui vit de manière optimale à haute pression hydrostatique.
  • Polyextrêmophile : Un organisme qui peut survivre à différentes conditions extrêmes.
  • Psychrophile : Un organisme qui peut prospérer à des températures de 15 °C (59 °F) ou moins.
  • Radiorésistant : résistant à des niveaux élevés de rayonnement ionisant.
  • Thermophile : Un organisme qui peut prospérer à des températures comprises entre 60 et 80 °C (140 et 176 °F).
  • Xérophile : Un organisme qui peut se développer dans des environnements à faible activité hydrique.

Le ver de Pompéi, un extrêmophile, vit au fond de l'océan, regroupé à côté de cheminées hydrothermales. Vivant à des températures allant jusqu'à 176°F (80°C), ces animaux sont les plus tolérants à la chaleur connus de la science, et ils ne sont même pas unicellulaires. Parce qu'ils vivent dans des zones aussi isolées, de nombreux extrémophiles n'ont été découverts que dans les années 1970.

L'exemple le plus mémorable d'un extrêmophile est peut-être une bactérie, Streptocoque mitis, qui a été retrouvé embarqué dans la caméra de la sonde lunaire Surveyor 3 par les astronautes d'Apollo 12. Cette bactérie avait survécu à la surface de la lune pendant trois ans. Les scientifiques étudient parfois les extrêmophiles comme modèles potentiels de ce à quoi la vie pourrait ressembler ou comment elle fonctionnerait sur d'autres mondes.

Michael est un contributeur de longue date d'AllThingsNature spécialisé dans les sujets liés à la paléontologie, la physique, la biologie, l'astronomie, la chimie et le futurisme. En plus d'être un blogueur passionné, Michael est particulièrement passionné par la recherche sur les cellules souches, la médecine régénérative et les thérapies de prolongation de la vie. Il a également travaillé pour la Fondation Mathusalem, le Singularity Institute for Artificial Intelligence et la Lifeboat Foundation.

Michael est un contributeur de longue date d'AllThingsNature spécialisé dans les sujets liés à la paléontologie, la physique, la biologie, l'astronomie, la chimie et le futurisme. En plus d'être un blogueur passionné, Michael est particulièrement passionné par la recherche sur les cellules souches, la médecine régénérative et les thérapies de prolongation de la vie. Il a également travaillé pour la Fondation Mathusalem, le Singularity Institute for Artificial Intelligence et la Lifeboat Foundation.


6 groupes importants d'extrêmophiles | Microbiologie

Les points suivants mettent en évidence les six groupes importants d'extrêmophiles. Les groupes sont : 1. Acidophiles 2. Alcalophiles 3. Halophiles 4. Psychrophiles 5. Thermophiles et hyperthermophlies 6. Barophiles.

Groupe # 1. Acidophiles:

La plupart des environnements naturels sur terre sont essentiellement neutres, avec un pH compris entre 5 et 9. Seules quelques espèces microbiennes peuvent se développer à un pH inférieur à 2 ou supérieur à 10. Les micro-organismes qui vivent à un pH bas sont appelés acidophiles.

Les champignons en tant que groupe ont tendance à être plus tolérants aux acides que les bactéries. De nombreux champignons poussent de manière optimale à un pH de 5 ou moins et quelques-uns poussent bien à un pH aussi bas que 2. Plusieurs espèces de Thiobacillus et des genres d'archées, notamment Sulfolobus et Thermoplasma, sont acidophiles.

Ces ferroxidans et Sulfolobus sp. oxydent les minéraux sulfurés et produisent de l'acide sulfurique. Le facteur le plus important pour l'acidophilie obligatoire est la membrane cytoplasmique de la bactérie acidophile obligatoire qui dissout et lyse la paroi cellulaire. Cela suggère qu'une concentration élevée d'ions H + est nécessaire pour la stabilité de la membrane.

L'environnement très acide se forme naturellement à partir des activités géochimiques (telles que la production de gaz dans les cheminées hydrothermales et certaines sources chaudes) et des activités métaboliques de certains acidophiles eux-mêmes. On trouve également des acidophiles dans les débris laissés par les mines de charbon. Fait intéressant, les extrémophiles qui aiment l'acide ne peuvent pas tolérer une grande acidité à l'intérieur de leurs cellules, où cela détruirait l'ADN.

Ils survivent en gardant l'acide à l'extérieur. Mais les molécules défensives assurent cette protection ainsi que d'autres qui entrent en contact avec l'environnement doivent pouvoir fonctionner dans une acidité extrême. En effet les extrêmozymes (leurs enzymes assurant l'adaptabilité) sont capables de travailler à un pH inférieur à un, plus acide que même le vinaigre ou le jus d'estomac. De telles enzymes ont été isolées de la paroi cellulaire et de la membrane cellulaire sous-jacente de certains acidophiles.

(i) Physiologie :

Les acidophiles obligés ont un pH optimal de croissance qui reste extrêmement bas (1 à 4). Pour protéger les enzymes intracellulaires et d'autres composants d'un pH faible à moyen, les organes maintiennent un gradient de pH important à travers la membrane. Des formes spéciales de lip­ids sont présentes dans leur mem­brane, ce qui peut minimiser les fuites de H + vers le bas de la valeur du pH.

Par exemple, il a été rapporté que la présence de certains acides gras favorise des adaptations spéciales à la croissance et à la survie à un pH extrêmement bas. Les acidophiles maintiennent le pH cytoplasmique autour de 6,5. Dans ces organismes, le pH reste généralement de 1 à 2, ce qui est inférieur à celui des neutrophiles et des alcalophiles.

Chez les acidophiles, le pH est compensé par un potentiel électrique intérieur positif qui est opposé à celui présent chez les neutrophiles. Le potentiel électrique inversé est généré par l'absorption électrogénique de K + qui permet aux cellules d'extruder plus de H + et ainsi de maintenir le pH interne.

(ii) Adaptation moléculaire :

Le facteur le plus critique pour l'acidophilie obligatoire réside dans la membrane cytoplasmique. Lorsque le pH est élevé à la neutralité, la membrane cytoplasmique des bactéries obligatoirement acidophiles se dissout et les cellules se lysent. Il est suggéré que la concentration élevée d'ions hydrogène est nécessaire pour la stabilité de la membrane qui permet aux bactéries de survivre.

(iii) Candidatures :

Les applications potentielles des extrêmozymes tolérantes aux acides vont des catalyseurs pour la synthèse de composés dans des solutions acides aux additifs pour l'alimentation animale qui sont destinés à fonctionner dans l'estomac des animaux.

Lorsqu'elles sont ajoutées à l'alimentation, les enzymes améliorent la digestibilité des céréales chères, évitant ainsi le besoin d'aliments plus coûteux. Les protéines de rusticanine des acidophiles contribuent à la stabilité de l'acide. L'expression de gènes hétérogènes de résistance à l'arsenic chez Thiobacillus ferrooxidans oxydant le fer a été établie comme approche biotechnologique de la bioremédiation.

Groupe # 2. Alcalophiles:

Les alcalophilies vivent dans des sols chargés de carbonate et dans les lacs de soude, tels que ceux trouvés dans la vallée du Rift en Afrique et dans l'ouest des États-Unis. La première bactérie alcalophile a été signalée en 1968.

La plupart des procaryotes alcalophiles étudiés étaient des bactéries aérobies non marines et signalés comme Bacillus spp. Krulwich et Guffanti (1989) les ont séparés en deux grandes catégories : les organismes tolérants aux alcalis (pH 7,0-9,0) (qui ne peuvent pas croître au-dessus de pH 9,5) et les organismes alcalophiles (pH 10,0-12,0).

La plupart des organismes alcalophiles sont aérobies ou anaérobies facultatifs. Certains alcalophiles sont Bacillus alcalophilus, B.firmus RAB, Bacillus sp. n° 8-1 et Bacillus sp. No. C-125 qui portent des flagelles et sont donc mobiles. La motilité induite par les flagelles est considérée par une force motrice du sodium (smf) au lieu de la force motrice du proton (pmf).

Ils sont mobiles à pH 9-10,5 mais aucune motilité n'est observée à pH 8. La bactérie alcalophile réductrice d'indigo (Bacillus sp.) isolée d'une boule d'indigo a été utilisée pour améliorer le processus de fermentation de l'indigo. Leur paroi cellulaire contient des composés acides de composition similaire aux peptidoglycanes.

(je) Physiologie:

La surface cellulaire des alcalophiles peut maintenir le pH intracellulaire neutre dans un environnement alcalin de pH 10-13. La concentration recommandée de NaOH pour la fermentation à grande échelle est de 5,2 % selon l'organisme. Le pH doit rester 8,5-11. Les ions sodium (Na+) sont nécessaires à la croissance, à la sporulation et aussi à la germination. La présence d'ions sodium dans le milieu environnant s'est avérée essentielle pour un transport efficace des solutés à travers les membranes.

Dans le système de transport membranaire des ions Na + , le H + est échangé avec Na + par le système antiport Na + /H + générant ainsi une force motrice sodique (smf). Cela entraîne le substrat accompagné d'ions Na + dans la cellule.

L'incorporation de α-aminobutyrate (AIB) a été multipliée par deux lorsque le pH externe passe de 7 à 9, et la présence d'ions Na + améliore considérablement l'incorporation. Le clonage moléculaire de fragments d'ADN conférant l'alcalophilie a été isolé et cloné. Ce fragment est responsable du système antiport Na + /H + dans l'alcalophilie des microorganismes alcalophiles.

(ii) Adaptation moléculaire :

Les alcalophiles contiennent des lipides dither inhabituels liés au phosphate de glycérol, tout comme les autres archées. Dans ces lipides, des hydrocarbures ramifiés à longue chaîne, du type phytanly ou biphytanyl, sont présents.

Le pH intracellulaire reste neutre afin d'éviter les macromolécules alcali-labiles dans la cellule. Le pH intracellulaire peut varier de 1 à 1,5 unité de pH par rapport à la neutralité, ce qui aide ces organismes à survivre dans un environnement externe hautement alcalin.

(iii) Candidatures :

Certains alcalophiles produisent des enzymes hydrolytiques telles que des protéases alcalines, qui fonctionnent bien à pH alcalin. Ceux-ci sont utilisés comme suppléments pour les détergents ménagers.

Par exemple, une protéase alcaline appelée subtilisine a été produite à partir de B. subtilis qui est utilisée dans les détergents. Le tissu denim délavé à la pierre est dû à l'utilisation de ces enzymes. Ces enzymes adoucissent et décolorent les tissus en dégradant la cellulose et en libérant des colorants (tableau 29.1).

Groupe # 3. Halophiles:

Les halophiles sont des bactéries Gram-négatives, non sporulées et non mobiles qui se reproduisent par fission binaire. Ils apparaissent pigmentés de rouge en raison de la présence de caroténoïdes mais parfois ils sont incolores. Ils contiennent le plus grand plasmide connu à ce jour parmi toutes les bactéries connues.

Les halophiles sont capables de vivre dans des conditions salées grâce à une adaptation fascinante. Parce que l'eau a tendance à s'écouler des zones de concentrations élevées à faibles de solutés. Une cellule en suspension dans une solution très salée perdra de l'eau et se déshydratera à moins que son cytoplasme ne contienne une concentration de sel plus élevée que son environnement.

Les halophiles font face à ce problème en produisant de grandes quantités d'un soluté interne ou en contenant un soluté extrait de l'extérieur. Par exemple, Halobacterium salinarum concentre le KCl à l'intérieur de la cellule. Les enzymes de son cytoplasme ne fonctionneront que si une forte concentration de HCl est présente. Mais leurs protéines cellulaires en contact avec l'environnement nécessitent une forte concentration de NaCl.

Ce groupe de bactéries vit dans un environnement hautement salin (concentration en sel > 3,5 %) comme les lacs salés neutres ou les sources salines artificielles comme les aliments salés, les poissons, etc. Les organismes halophiles extrêmes nécessitent au moins 1,5 M (environ 9 %) de NaCl, mais la plupart des ils ont une croissance optimale à 2-4 M NaCl (12,23%). Quelques exemples de bactéries procaryotes extrêmement halophiles présentes dans la nature sont donnés dans le tableau 29.2.

(i) Physiologie :

Les bactéries halophiles manquent de peptidoglycane dans les parois cellulaires et contiennent des lipides liés à l'éther et des ARN polymérases de type archéen, mais Natrobacterium est également extrêmement alcalophile. Former contient également des lipides diététiques non présents dans d'autres halophiles extrêmes.

Ce sont des bactéries chimioorganotrophes qui ont besoin d'acides aminés, d'acides organiques et de vitamines pour une croissance optimale. Parfois, ils oxydent les glucides comme source d'énergie. Les cytochromes a, b et c sont présents mais la chimiosmose à médiation membranaire génère une force motrice protonique. Ils nécessitent également du sodium pour les ions Na +.

Halobacterium se développe exceptionnellement dans un environnement osmotiquement stressant et ne produit pas de solutés compatibles. Le peptidoglycane est absent de leur paroi cellulaire. L'aspartate et le glutamate (acides aminés acides) sont présents.

Les charges négatives des groupes carboxyle de ces acides aminés sont protégées par des ions Na +. Les ribosomes de Halobacterium nécessitent des ions K + élevés pour la stabilité, ce qui est une caractéristique unique car aucun autre groupe de procaryotes n'en a besoin pour les composants internes.

Les lipides membranaires de ces archées sont composés de diphytanylglycérol, des analogues diététiques des glycérophospholipides. Les halophiles extrêmes contiennent une concentration intracellulaire élevée de Na + et K + et leurs protéines semblent s'être adaptées à cette concentration élevée en sel en ayant une fraction plus élevée de résidus d'acides aminés acides et un emballage plus compact d'une chaîne polypeptidique que les protéines non halophiles. bactéries. Chez les bactéries halophiles, un antiporteur Na + /H + est généralement utilisé pour pomper le Na + vers l'extérieur et l'absorption du soluté s'est avérée être couplée au Na + chez plusieurs espèces halobactériennes.

(ii) Adaptation moléculaire :

Dans de telles bactéries, les ions K + à l'intérieur de la cellule sont plus que les ions Na + à l'extérieur de la cellule qui agissent comme son soluté. Par conséquent, les cellules maintiennent l'intégrité cellulaire. Les halobactéries manquent de peptidoglycanes dans leurs parois cellulaires et contiennent des lipides liés à l'éther et des ARN polymérases de type archéen qui maintiennent la rigidité dans des conditions salées. Ces changements dans la membrane cytoplasmique permettent à ces bactéries de survivre.

(iii) Applications:

Certains halophiles extrêmes synthétisent une protéine appelée bactériorhodopsine dans leur membrane. Certains produisent des alcanoates polyhydroxylés et des polysaccharides, des enzymes et des solutés compatibles. Ils sont également utilisés dans la récupération du pétrole, la détection du cancer, le dépistage des médicaments et la biodégradation des résidus et des composés toxiques.

Kushner (1985) a défini les halobactéries sur la base de l'utilisation d'une concentration optimale de sel pour leur croissance. Dans ce système, les non-halophiles sont ceux qui se développent le mieux dans les milieux contenant < 0,2 M NaCl, les halophiles légers (bactéries marines) se développent mieux à 0,2 à 0,5 M NaCl, les halophiles modérés à 0,5 à 2,5 M NaCl et les halophiles extrêmes se développent dans les milieux contenant 2,5 M à 5,2 M (saturé) de NaCl.

Il est intéressant de noter que tous les halophiles extrêmes sont des archées à l'exception de deux espèces de l'Ectothiorhodospira photosynthétique, une des Acetohalobium et une actinomycète Actinopolyspora. Certaines espèces d'actinomycètes du genre Methanohalobium ont été décrites. On sait maintenant que la couleur rouge vif de l'eau des marais salants est due aux pigments de bactériorubérine des halobactéries.

Le potentiel biotechnologique des halobactéries d'intérêt commercial est le suivant :

Les protéines rétiniennes des halobactéries ont été observées en tant que protéines intégrales de la membrane pourpre, contenant l'une des protéines appelées bactériorhodopsine. Cette protéine est un translocateur de protons dirigé par la lumière et convertit la lumière du soleil en électricité.

La bactériorhodopsine absorbe la lumière à 570 nm. Il existe sous deux formes. La configuration trans après excitation s'est convertie en forme cis suite à l'absorption de la lumière (Fig. 29.1). Dans ce cas, la synthèse d'ATP est empêchée et le potentiel électrique issu du gradient de protons sera la source d'électricité. Il est utilisé dans le traitement des données optiques et comme capteurs de lumière.

Un film photographique à base de membrane violette présente des propriétés intéressantes car il ne nécessite pas de développement. Les films holographiques de ce type conviennent à la mémoire d'ordinateur, c'est-à-dire au traitement parallèle.

Récemment, les biopuces ont été introduites dans la nouvelle génération d'ordinateurs. À l'avenir, les robots avec vision pourraient avoir des biocapteurs basés sur cette protéine. Le dessalement de l'eau est également démontré par l'application de bactériorhodopsine.

(b) Alcanoates bioplastiques ou polyhydroxylés (PHA) :

Ce type d'hétéropolymère est biodégradable et timide. Il présente une résistance totale à l'eau et à la dégradation dans les tissus humains, il est donc biocompatible. Il a une importance pharmaceutique et clinique, y compris l'utilisation dans la libération retardée de médicaments, le remplacement osseux et les sutures chirurgicales. La production de PHA est toujours plus élevée en utilisant Halof. méditerranéen. De plus, ces halobactéries possèdent une stabilité génomique élevée qui est une condition préalable à des fins industrielles.

(c) Polysaccharides :

Les exopolysacchrides microbiens sont utilisés comme stabilisants, épaississants, gélifiants et émulsifiants dans les industries pharmaceutiques, la récupération des peintures et huiles, le papier, le textile et l'industrie alimentaire. Halof.mediterranei produit un hétéropolysaccharides fortement sulfatés et acides (jusqu'à 3 g/l) qui contiennent du mannose comme composant majeur. Un tel polymère combine d'excellentes propriétés rhéologiques avec une résistance remarquable aux extrêmes de salinité, de température et de pH.

(ré) Récupération microbienne du pétrole améliorée :

Le pétrole résiduel dans les champs pétrolifères naturels peut être extrait par injection d'eau sous pression dans un nouveau puits. Les biopolymères bactériens présentent un intérêt pour la récupération assistée du pétrole en raison de leur activité de biosurface et de leurs propriétés de bioémulsifiants.

(e) Détection du cancer :

Une protéine (84 kDa) de Halobacterium halobium a été utilisée comme antigène pour détecter des anticorps contre le produit oncogène e-myc humain dans le sérum d'un patient cancéreux souffrant d'une lignée cellulaire de leucémie pyrolytique (HL-60). L'utilisation d'antigènes halobactériens comme sonde pour certains types de cancer semble prometteuse.

(F) Dépistage de drogues:

Le plasmide pGRB-1 de la souche GRB-1 d'Halobacterium utilisé dans le pré-criblage de nouveaux antibiotiques et médicaments antitumoraux affecte la topoisomérase eucaryote IIDNA de type et les médicaments quinotones qui agissent sur l'ADN gyrase. Un tel médicament provoque le clivage de l'ADN d'un petit plasmide d'archées halophiles in vivo.

Le lipide lié à l'éther des halobactéries est utilisé dans la préparation de liposomes ayant une grande valeur dans l'industrie cosmétique. De tels liposomes seraient plus résistants à la biodégradation, auraient une bonne durée de conservation et une résistance aux autres bactéries.

Des protéases et des amylases de Halobacterium salinarium, H. halobium et des lipases de plusieurs halobactéries ont été signalées. Une activité endonucléase spécifique au site a été rapportée chez H. halobium.

(je) Bioremédiation :

Bertrand (1990) a observé que la souche halobactérienne EH4 isolée d'une marque de sel dégradait les alcanes et autres composés aromatiques en présence de sel.

(j) Vacuoles ou vésicules de gaz :

Certaines Halobacterium spp. produisent des organites intracellulaires remplis de gaz appelés vacuoles de vésicules de gaz qui assurent la flottabilité. À l'avenir, les gènes de telles propriétés pourront être modifiés dans d'autres micro-organismes pour produire des vacuoles gazeuses qui flotteront dans l'eau.

Une sauce appelée ‘nam pla’ est préparée en thaï à partir de poisson fermenté dans une saumure concentrée qui contient une grande population d'halobactéries responsables de la production d'arômes. Parce qu'ils produisent des protéases extracellulaires stables au sel. Il a une importance dans la fermentation et les processus de production de saveur et d'arôme.

Les halophiles modérés éliminent le phosphate de l'environnement salin. L'isolement de mutants stables résistants aux antimicrobiens est dû à la présence du clonage des gènes pour la surproduction de composés intéressants sur le plan industriel.

La culture à grande échelle de Spirulina platensis en Israël utilise de l'eau saumâtre et timide qui ne convient pas à l'agriculture et la biomasse de spiruline est commercialisée comme un aliment sain. La spiruline pousse de manière optimale dans les lacs alcalins avec une concentration en sel allant de 2 à 7%.

Groupe # 4. Psychrophiles:

La température est un facteur environnemental important qui influence les différents groupes de micro-organismes. Différents groupes de micro-organismes basés sur différents régimes de température sont présentés à la Fig. 29.2.

Les environnements froids sont en fait plus courants, similaires aux environnements chauds en été. Les océans, qui maintiennent une température moyenne de 1 à 3 °C, constituent la moitié de la surface de la Terre. Les vastes zones terrestres de l'Arctique et de l'Antarctique sont gelées ou dégelées en permanence pendant quelques semaines seulement en été.

James T. Staley et ses collègues de l'Université de Washington ont montré que les communautés microbiennes peuplent les eaux océaniques de glace de la mer antarctique qui restent gelées pendant une grande partie des années. Ces communautés comprennent des eucaryas photosynthétiques, notamment des algues et des diatomées ainsi qu'une variété de bactéries.

Polasomonas vacuolata obtenu par le groupe Staley est un représentant principal d'un psychrophile. Les psychrotolérants peuvent être isolés d'habitats plus largement distribués que les psychrophiles. Ils peuvent être isolés du sol, de l'eau dans les climats tempérés ainsi que de la viande, du lait et d'autres produits laitiers, des légumes et des fruits sous réfrigération.

Ils poussent mieux entre 20 et 40°C mais ne peuvent pas pousser à 0°C. Après plusieurs semaines d'incubation, leur croissance visible peut être observée. Sa température optimale pour la croissance est de 4°C et de 12°C pour la reproduction. Les micro-organismes friands de froid ont commencé à intéresser les fabricants qui ont besoin d'enzymes qui fonctionnent à la température du réfrigérateur, tels que les robots culinaires, les fabricants de parfums et les fabricants de détergents à lessive à froid.

Certains psychrophiles peuvent être des organismes dangereux pour l'homme, par ex. Pseudomonas syringae, Erwinia sp., Yersinia enterocolitica, etc. La plupart des aliments ou produits alimentaires sont conservés à température de fraîcheur afin que les microbes pathogènes ou saprophytes cessent de se développer.

Une majorité de microbes marins sont psychrophiles en raison de leur habitat (océan). Généralement, ce sont des bactéries en forme de bâtonnet à Gram négatif. Parmi elles se trouvent les pseudomonades dont P. geniculata est la plus commune.

Les autres microbes sont P. putrefaciens, P.fragi et P. fluorescens, Flavo bacterium spp, Alcaligenes spp, Achromobacter et quelques souches d'Escherichia, Aerobacter, Aeromonas, Serratia, Proteus, Chromobacter et Vibrio sont de nature psychrophile. Les levures psychrophiles courantes sont des espèces de Candida, Cryptococcus, Rhodotorula et Torulopsis.

Physiologiquement, la propriété Gram-négative des bactéries et une proportion élevée de teneurs en G+C sont présentes dans ces micro-organismes. Les psychrophiles contiennent une quantité accrue d'acides gras insaturés dans leurs lipides. Le flagelle disparaît après augmentation de la température.

(i) Physiologie :

Les psychrophiles produisent des enzymes qui fonctionnent de manière optimale dans le froid. Sa membrane cellulaire contient une teneur élevée en acide gras insaturé qui maintient un état semi-fluide à basse température. Les lipides de certaines bactéries psychrophiles contiennent également des acides gras polyinsaturés et des hydrocarbures à longue chaîne avec de multiples doubles liaisons.

(ii) Adaptation moléculaire :

Le transport actif dans de tels organismes se produit à basse température. Cela indique que les membranes cytoplasmiques des psychrophiles sont construites de telle manière qu'une basse température n'inhibe pas la fonction membranaire. La membrane contient des acides gras polyinsaturés dans leurs lipides qui maintiennent la rigidité à basse température et les organismes sont ainsi capables de survivre.

(iii) Candidatures :

Les psychrophiles et leurs produits ont de nombreuses applications décrites ci-dessous :

(a) Source des produits pharmaceutiques :

De nombreux psychrophiles tels que Streptomyces, Alteromonas, Bacillus, Micrococcus, Moraxella, Pseudomonas et Vibrio ont été isolés des sédiments des grands fonds. Ils poussent à une température comprise entre – 3 et -30°C. Les plantes et les animaux aquatiques sont très sujets à l'infestation par des microorganismes pathogènes. Un Alteromonas sp. a été signalé comme synthétisant la 2,3 indolinedione (isatine).

Ce composé protège Palaeoman macrodactylus du champignon pathogène Lagenidium callinectes. De même, une autre souche d'Alteromonas sp. est intimement associée à l'éponge marine Halichondria okada et produit un alcaloïde tétracycline, par ex. altérimide. Il existe un large champ pour la découverte de nouveaux composés biologiquement actifs en microbiologie marine.

Un polysaccharide antitumoral a été isolé sous forme de narinactine à partir d'actinomycètes marins. Un mélange de protéase et d'amylase isolé de Bacillus subtilis élimine la plaque dentaire.

Les lipases sont principalement utilisées comme catalyseurs stéréospécifiques et dans les biotransformations de divers composés de grande valeur tels que les agents aromatisants et les produits pharmaceutiques. Le tréhalose est formé par une enzyme tréhalase présente dans plusieurs bactéries psychrophiles.

(b) Agents bactériens de nucléation de la glace :

Il existe plusieurs utilisations des agents de nucléation de la glace (INA) produits par des bactéries. Ils sont utilisés dans la fabrication de neige artificielle, dans la production de crèmes glacées et d'autres aliments surgelés.

Ceux-ci sont également utilisés dans les kits d'immunodiagnostic en tant que conjugués aux anticorps et en tant que substitut de l'iodure d'argent dans l'ensemencement des nuages. Parmi plusieurs organismes, les INA bactériens ont attiré beaucoup d'attention en raison de leur capacité à former des noyaux de glace à une température relativement élevée par rapport à d'autres sources.

(c) Industrie fermentaire :

Les levures mésophiles contenant des acides gras insaturés dans les membranes (lipides) se sont avérées résistantes entre -80 et -20°C. Ceux-ci sont préférés pour son stockage dans la boulangerie et d'autres industries de transformation. La fermentation à 6-8°C réduit l'effet inhibiteur de l'éthanol sur la membrane cellulaire des cellules de levure.

(ré) En lixiviation microbienne :

Actuellement, les opérations de lixiviation microbienne impliquent la solubilisation oxydative des minerais de cuivre et d'uranium. L'opération de lixiviation dans les pays tempérés est réalisée à très basse température ambiante. L'opération de lixiviation microbienne des minerais sulfurés est effectuée à 4-37°C.

(e) En bioremédiation :

Les psychrophiles ont la capacité de dégrader divers composés dans leur habitat naturel. Ils sont utilisés en bioremédiation de plusieurs polluants à basse température. Les souches bactériennes se sont avérées minéraliser le dodécane, l'hexadécane, le naphtalène, le toluène, etc.

Il a été démontré dans des expériences en laboratoire et sur le terrain en utilisant des souches bactériennes spécifiques. Une bactérie psychrophile, Rhodococcus sp. La souche Q15 a été étudiée pour sa capacité à dégrader les n-alcanes et le carburant diesel à basse température.

(f) Dénitrification des sources d'eau potable :

La présence de concentrations élevées de nitrates dans l'eau est devenue un problème majeur dans de nombreux pays. La pratique la plus largement utilisée pour éliminer le NO3 est la dénitrification biologique. La plupart des processus de dénitrification sont effectués à 10°C. Le taux de dénitrification dans ces cas peut être amélioré en utilisant des bactéries psychrophiles isolées d'un habitat froid en permanence.

(g) Digestion anaérobie des déchets organiques :

Les anaérobies obligatoires qui convertissent les acides organiques en CH4 et Cie2 c'est-à-dire que les méthanogènes sont très sensibles aux basses températures. Le taux de méthanogenèse peut être augmenté plusieurs fois par l'adaptation à basse température par les méthanogènes.

Le processus peut être rendu possible par l'enrichissement sélectif de méthanogènes psychrophiles grâce à des essais de laboratoire à long terme. Methanogenium frigidum isolé du lac Ace (Antarctique) pousse de manière optimale à 15°C. Cette bactérie produit du méthane à partir d'hydrogène et de dioxyde de carbone.

Groupe #5. Thermophiles et hyperthermophlies:

Les bactéries hyperthermophiles sont des archées qui représentent l'organisme à la limite supérieure de température de la vie. On trouve des hyperthermophiles neutrophiles et légèrement acidophiles dans les champs solfataires terrestres et les réservoirs pétroliers profonds. Celles-ci présentent des adaptations spécifiques à leur environnement et la plupart des bactéries sont strictement anaérobies.

Divers facteurs à la fois abiotiques et biotiques qui contrôlent la croissance de tous les organismes vivants sont appelés biotopes. Les thermophiles modérés sont appelés thermophiles extrêmes qui poussent de manière optimale entre 80°C et KWC. Les hyperthermophiles sont incapables de croître en dessous de 80°C mais s'adaptent aux températures élevées car ils ne poussent même pas à 80°C.

Certains des exemples sont donnés à la Fig. 29.3. Thermotoga a des cellules en forme de tige entourées d'une structure caractéristique en forme de gaine (le ‘toga’) qui se gonfle à l'extrémité (A). Les réducteurs de sulfate de coccoïdes archéens sont les membres du genre Archeoglobus (B) et Methanopyrus kandleri est un méthanogène en forme de tige (C).

Les hyperthermophiles peuvent se développer dans des conditions environnementales aussi bien naturelles qu'artificielles. Les biotopes naturels de soufre sont généralement associés à un volcanisme actif. Dans une telle situation, le sol et les eaux de surface des champs acides contenant du S (pH 0,5-6,0) et un environnement de source chaude neutre à légèrement alcalin persistent.

Les biotopes bien connus (un biotope a des limites supérieures et inférieures de croissance pour chacun des facteurs environnementaux) des hyperthermophiles sont des zones volcaniques telles que des sources chaudes et des champs solfataires, c'est-à-dire des champs à haute température situés dans des zones volcaniques avec beaucoup de sols acides en soufre, des sources chaudes acides et boue bouillante.

Peu d'hyperthermophiles vivent dans des systèmes hydrothermaux sous-marins peu profonds et des systèmes d'évacuation d'air chaud abyssaux appelés « fumeurs noirs » ayant une température d'environ 270 à 380 °C. Les fumeurs noirs sont de l'eau chaude riche en minéraux qui forme un nuage de matière précipitée en se mélangeant à l'eau de mer. D'autres biotopes sont des tas de déchets de charbon fumants ayant un pH acide et des réservoirs de sol chauffés par géothermie.

La plupart des hyperthermophiles sont anaérobies en raison de la faible solubilité de l'oxygène à haute température et de la présence de gaz rouges. Hyperthermophiles chimiolithoautotrophes anaérobies complètement indépendants du soleil, mais ils pourraient même exister sur d'autres planètes également. Les cheminées hydrothermales au fond de l'océan ont une température de 350 °C ou plus et montrent également l'existence d'hyperthermophiles.

Le biotope non volcanique récemment découvert enfoui dans la stratification géothermique profonde d'huiles chauffées des fluides extraits a mis en évidence de telles communautés microbiennes.

Pour la culture de telles bactéries, des échantillons sont apportés au laboratoire sans contrôle de température. Ils sont isolés par technique de culture d'enrichissement avec variation de composition du substrat et contrôle de la température in situ. La gélose ne convient pas, c'est pourquoi des polymères plus thermostables tels que la gomme gellane ou des gels de polysilicate sont utilisés pour la solidification.

De nombreux types taxonomiques d'hyperthermophiles cultivés sont déjà connus à ce jour. Ils représentent 52 espèces appartenant à 23 genres et 11 ordres de bactéries et archées hyperthermophiles connus dans la littérature. Les organismes dont la température de croissance optimale est de < 45°C sont appelés thermophiles et ceux au-dessus de 80°C sont appelés hyperthermophiles.

(i) Physiologie :

Les enzymes et les protéines sont beaucoup plus stables que les autres formes et ces macromolécules fonctionnent à haute température. Les protéines thermophiles ont différentes séquences d'acides aminés qui catalysent la même réaction chez un mésophile, ce qui lui permet de se replier d'une manière différente et de montrer ainsi un effet de tolérance à la chaleur. Tous les thermophiles contiennent de la gyrase inverse, une topoisomérase d'ADN de type 1 unique qui stabilise l'ADN.

La stabilité thermique des protéines des hyperthermophiles est également due au nombre accru de ponts salins (pontage des charges sur les acides aminés par Na + ou d'autres cations) présents et densément emballés à l'intérieur hautement hydrophobe de la protéine, qui ont des membranes riches en acides gras saturés. Cela permet à la membrane de rester stable et de fonctionner à haute température.

La plupart des hyperthermophiles sont des archées qui ne contiennent pas d'acides gras, les lipides dans leurs membranes mais ont plutôt des hydrocarbures de différentes longueurs composés d'unités répétitives de 5-6 composés phytans liés par liaison éther au glycérophosphate.

Avec l'augmentation de la température de croissance, on observe une augmentation du degré de saturation, de la longueur des chaînes et/ou des iso-ramifications des chaînes acyles. Parfois, des lipides spéciaux (le stérol comme les hopanoïdes) sont présents dans les thermophiles. Ceux-ci peuvent également affecter une adaptation à la vie à haute température en rendant la membrane plus rigide.

(ii) Adaptation moléculaire :

Ces bactéries contiennent des enzymes et des protéines thermostables qui régulent diverses fonctions macromoléculaires à haute température. Les acides aminés critiques substitués à un ou plusieurs endroits dans ces enzymes leur permettent de se replier d'une manière différente et de résister ainsi à l'effet dénaturant de la chaleur entraînant la survie de ces organismes.

De plus, la membrane cytoplasmique contient des lipides riches en acides gras saturés, permettant ainsi à la membrane de rester stable et fonctionnelle à haute température. Les archées thermophiles ne contiennent pas d'acides gras dans leurs lipides, ni sa membrane n'a de liaisons ester avec le phosphate de glycérol. Cela confère plus de rigidité à ses systèmes membranaires.

(iii) Candidatures :

La plupart des micro-organismes qui se développent au-dessus du point d'ébullition de l'eau appartiennent aux archées. Les enzymes des thermophiles sont d'un grand intérêt. Les hyperthermophiles se sont concentrés sur les enzymes thermostables de l'évent. Les protéines (chaperons) ont également été découvertes.

Ces protéines sont exprimées en conditions de stress et impliquées dans les repliements protéiques :

De nouvelles enzymes issues d'hyperthermophiles ont réduit le nombre d'étapes nécessaires pour transformer l'amidon en sirop de fructose. L'amylase, la glucoamylase, les pullunases et les glucosidases sont les enzymes utilisées dans l'industrie de l'amidon.

Les pullunases se trouvent dans les bactéries anaérobies. Les amylases sont largement utilisées dans les industries du textile, de la confiserie, du papier, de la brasserie et de l'alcool. De même, les glucosidases sont utilisées pour hydrolyser le sirop de lactose et les mélanges en glucose et galactose.

Ils peuvent avoir des applications cliniques car il existe des preuves d'un déficit en lactase dans la population qui est soit héréditaire, soit le résultat du vieillissement. La glucose isomérase est largement utilisée dans l'industrie alimentaire qui convertit le glucose en fructose pour l'utiliser comme édulcorant.

En raison de la stabilité thermique des enzymes, les hyperthermophiles ont fait l'objet d'études intensives. Les enzymes thermostables sont plus résistantes aux activités dénaturantes des détergents et des solvants organiques. Les amylases ont été extraites de Pyrococcus furiosus et Pyrococcus woessei.

Des enzymes ont été exploitées à partir de certaines archées, par ex. Desulfurococcus mucosus, Staphylothermus marinus, Thermococcus celer et Thermococcus litoralis. Une amylase associée à la toge a également été détectée chez Thermotoga maritima. Cette enzyme est active entre 70 et 100°C à pH 6. Fervidobacterium pullunolyticum a le potentiel de produire des optimums enzymatiques thermotolérants à 90°C.

Certaines bactéries et archées telles que P. woesei, P. furiosus, Thermococcus litoralis, T. celer, F. pennavorans, D. mucosus, etc. produisent de la pullunase II (amylopullunase) ayant un poids moléculaire de 90 kDa avec des optima de température de 105° C et pH 6. Certains d'entre eux (P. woesei et P. furiosus) produisent également des glucosidases avec des températures optimales de 110-115°C. Ceux-ci sont utiles pour la bioconversion de l'amidon en divers produits utiles d'importance industrielle.

Une exo-4-β-cellobiohydrolase thermostable avec une demi-vie de 70 minutes à 108°C a été isolée de Thermotoga sp. souche FjSS3-B. De même, des xylanases thermostables ont été signalées chez Thermotoga maritima, T. neoplolitiana, T. thermarum. P. furiosus présentait une activité -xylanosidase. Les en­zymes de Thermotoga sp. sont extrêmement stables avec une demi-vie de 8h à 90°C.

Les enzymes hydrolysant les protéines (proshyteases) ont été isolées, purifiées et caractérisées à partir d'un certain nombre de micro-organismes thermophiles et hyperthermophiles spécialement Pyrococcus, Thermococcus, Sulfolobus, Staphylothermus et Desulfurococcus.

La pyrolysine, une enzyme associée à l'enveloppe cellulaire qui est une protéase de type sérine, a des optimums de température de 110°C et une demi-vie de 4h à 100°C. Il a été identifié et caractérisé chez P. furiosus et P. woesei. La sérine-protéase de Sulfurococcus mucosus présente son activité à 100°C.

Une protéase unique qui hydrolyse la kératine des plumes, des poils et de la laine de poulet a été caractérisée à partir d'une bactérie F. pennavorans. Une glucose isomérase thermophile a été caractérisée et purifiée à partir de Thermotoga maritima.

Les ferrédoxines de Thermoplasma acidophilum, Sulfolobus acidocaldarius et Desulfurococcus mobilis ont également été étudiées. L'hydrogénase, ayant une demi-vie de 21 h à 80-85°C a été isolée de Pyr. furieux. Une pyruvate-ferrodoxine-oxydoréductase (POR) thermoactive qui catalyse la décarboxylation oxydative du pyruvate en acétyl-CoA et CO2 a été détecté chez D. amylolyticus, H. butylicus, Thermococcus celer, Pyrococcus woesei, P. furiosus et Thermotoga maritima.

Enzymes impliquées dans la biosynthèse des acides aminés telles que l'aminotransférase aromatique de Thermococcus litoralis et Sul. solfataricus ont été détectés. Une enzyme extrêmement thermostable avec une activité optimale à 100°C a également été détectée à partir de Methanobacterium thermoformicicum. L'enzyme purifiée de P. woesei et P. furiosus a une masse moléculaire de sous-unités identiques de 45 kDa chacune. Les enzymes ont une stabilité thermique jusqu'à 70 % après un traitement thermique à 100°C pendant 1 heure.

La glutamate synthétase (GS) est responsable de la synthèse de la glutamine à partir du glutamate et de l'ammoniac. La demi-vie du GS partiellement purifié est de 2 heures à 100°C. Deux aminotransférases aromatiques thermoactives de Thermococcus lithoralis ont été purifiées et caractérisées, qui sont actives à une température de 100°C. L'enzyme aspartate aminotransférase transférant le groupe amino du glutamate à l'oxaloacétate a été détectée dans Sul. solfatare.

La Taq polymérase est une enzyme très importante utilisée en biologie moléculaire pour l'amplification de l'ADN à l'aide de la réaction en chaîne par polymérase (PCR). Cette enzyme présente dans Thermus aquaticus est active à 80°C à pH 8.

Simpson (1990) a étudié l'autre ADN polymérase de Themotoga sp. Certaines archées comme Sul. acidocaldarius et Sul. solfataricus est constitué d'ADN polymérase d'une seule chaîne polypeptidique d'une masse moléculaire de 100 kDa. L'ADN polymérase de P. furiosus a également été purifiée.

L'ADN ligase a été caractérisée à partir de Thermus thermophilus. Les topoisomérases de type I purifiées à partir de Sulfolobus acidocaldarius, Desulfurococcus amylolyticus, Thermoplasma acidophilum, Fervidobacterium islandicum, Thermotoga maritima et Methanopyrus kandleri, tandis que la topoisomérase II a jusqu'à présent été isolée de Sulfolobus acidocaldarius. Thermotoga maritima contient à la fois des enzymes gyrase et gyrase inverse. La réparation des dommages étendus à l'ADN causés par les rayonnements ionisants à 95°C a été démontrée chez Pyrococcus furiosus.

Les chaperons sont les protéines qui s'expriment dans des conditions de stress telles que des températures élevées. Ils sont impliqués dans le repliement des protéines. Ceux-ci sont détectés dans Su. shibate et Su. solfactaricus. C'est ce qu'on appelle le facteur thermophile qui a une masse moléculaire de 55 kDa. En raison de l'augmentation de la concentration élevée de protéines intracellulaires jusqu'à 105°C, ce complexe protéique est appelé thermosome.

Le thermosome est constitué d'un complexe cylindrique de deux anneaux identiques empilés, chaque unité se compose de 8 sous-unités autour d'un canal central. Les deux sous-unités contiennent une masse moléculaire de 56 et 59 kDa. Ils se lient également aux protéines dépliées similaires aux chaperons. Une enzyme thermostable formant une liaison disulfure a été isolée, caractérisée et purifiée à partir de Sul. solfatare.

Groupe # 6. Barophiles:

Les barophiles sont ces bactéries qui se développent à haute pression à 400-500 atmosphères (atm) sur 2 à 3°C. De telles conditions existent dans un habitat d'eau profonde à environ 100 mètres de profondeur. Beaucoup sont barotolérantes et ne poussent pas à des pressions supérieures à 500 atm. mais certains vivent dans l'intestin des invertébrés (amphipodes et holothuries).

Photobacterium shewanella et Colwella habitent plus rapidement. Certaines archées thermo­philes sont barophiles, par ex. Purococcus spp. et Methanococcus jannaschii. Les barophiles s'adaptent à l'extrême pression (200-600 bars) impliquant des structures macromoléculaires dans les cellules. L'augmentation de la pression rend les structures plus compactes, et cette tendance a été le principe de l'ordre microscopique.

(je) Physiologie:

Il existe des variations dans la structure et la fonction des membranes. La quantité d'acides gras mono-insaturés dans la membrane augmente en raison de l'augmentation de la pression. L'organisme est ainsi en mesure de contourner la perte de fluidité membranaire imposée par l'augmentation de la pression. Au fur et à mesure que la pression diminue, la fluidité membranaire augmente vraisemblablement et les cellules réagissent en diminuant le niveau d'acides gras mono-insaturés.

Il est démontré qu'une pression accrue diminue la capacité de liaison des enzymes à leurs substrats. Ainsi les enzymes doivent être repliées de manière à minimiser ces pressions chez les barophiles. On ne sait pas si H + , Na + ou les deux sont utilisés comme ions de couplage dans la transduction d'énergie dans ces organismes.

(ii) Adaptation moléculaire :

Dans les membranes cytoplasmiques des microbes tolérants à haute pression, la quantité d'acides gras insaturés est plus importante, ce qui permet la signification adaptative. En outre, l'adaptativité peut également être due à des changements dans la composition protéique de la membrane externe de la paroi cellulaire appelée protéine OmpH, un type de porine.

Les porines sont des protéines structurelles destinées à la diffusion de molécules organiques à travers la membrane externe et dans le périplasme. Il est observé que le système OompH est dépendant de la pression et nécessaire à la croissance à haute pression.

(iii) Applications:

Les barophiles sont la principale source d'acides gras insaturés ou d'acides gras polyinsaturés. La barophilie microbienne est utile pour améliorer l'exploitation minière. Les opérations minières souterraines se produisent généralement à des pressions et des températures accrues et les thermophiles barophiles sont mieux adaptés dans de telles situations.

Récemment, une zone de mine de sel vacante a été aménagée en fermenteurs pour la gazéification biologique de lignite prétraité ou de cultures agricoles sur la base de l'implication d'extrêmophiles dotés d'une adaptation à la pression et à la température élevées en plus de la salinité.


RecommandationsSuite

Site de ressources incroyablement utile - m'a probablement fait économiser des centaines d'heures de planification. De nombreux liens, feuilles de travail et ressources interactives qui soutiennent le nouveau cours de l'IB.

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Les parasites fongiques et protozoaires ont des cycles de vie complexes avec de multiples formes

Les champignons pathogènes et les parasites protozoaires sont des eucaryotes. Il est donc plus difficile de trouver des médicaments qui les tueront sans tuer l'hôte. Par conséquent, les médicaments antifongiques et antiparasitaires sont souvent moins efficaces et plus toxiques que les antibiotiques. Une deuxième caractéristique des infections fongiques et parasitaires qui les rend difficiles à traiter est la tendance des organismes infectieux à basculer entre plusieurs formes différentes au cours de leur cycle de vie. Un médicament qui est efficace pour tuer une forme est souvent inefficace pour tuer une autre forme, qui survit donc au traitement.

Les fongique branche du règne eucaryote comprend à la fois des unicellulaires levures (tel que Saccharomyces cerevisiae et Schizosaccharomyces pombe) et filamenteux, multicellulaire moules (comme ceux trouvés sur les fruits ou le pain moisis). La plupart des champignons pathogènes importants présentent dimorphisme—la capacité de se développer sous forme de levure ou de moisissure. La transition levure-moisissure ou moisissure-levure est fréquemment associée à une infection. Histoplasma capsulatum, par exemple, se développe sous forme de moisissure à basse température dans le sol, mais il se transforme en levure lorsqu'il est inhalé dans les poumons, où il peut provoquer l'histoplasmose de la maladie (Figure 25-9).

25-9

Dimorphisme dans le champignon pathogène Histoplasma capsulatum. (A) A basse température dans le sol, Histoplasme pousse comme un champignon filamenteux. (B) Après avoir été inhalé dans le poumon d'un mammifère, Histoplasme subit un basculement morphologique déclenché par le (plus. )

Parasites protozoaires ont des cycles de vie plus élaborés que les champignons. Ces cycles nécessitent fréquemment les services de plus d'un hôte. Le paludisme est la maladie protozoaire la plus courante, infectant 200 millions de personnes chaque année et en tuant 1 million. Elle est causée par quatre espèces de Plasmodium, qui sont transmises à l'homme par la morsure de la femelle de l'une des 60 espèces de Anophèle moustique. Plasmodium falciparum« le plus étudié des parasites responsables du paludisme existe sous pas moins de huit formes distinctes, et il nécessite à la fois l'humain et le moustique hôte pour terminer son cycle sexuel (Figure 25-10). Les gamètes se forment dans la circulation sanguine des humains infectés, mais ils ne peuvent fusionner que pour former un zygote dans l'intestin du moustique. Trois des Plasmodium les formes sont hautement spécialisées pour envahir et se répliquer dans des tissus spécifiques, la muqueuse intestinale des insectes, le foie humain et les globules rouges humains.

Figure 25-10

Le cycle de vie complexe du paludisme. (A) Le cycle sexuel de Plasmodium falciparum nécessite un passage entre un hôte humain et un hôte insecte. (B)-(D) Frottis sanguins de personnes infectées par le paludisme, montrant trois formes différentes du parasite qui apparaissent (suite. )

Parce que le paludisme est si répandu et dévastateur, il a exercé une forte pression sélective sur les populations humaines dans les régions du monde qui abritent le Anophèle moustique. L'anémie falciforme, par exemple, est une maladie génétique récessive causée par une mutation ponctuelle dans le gène qui code la chaîne de l'hémoglobine β, et elle est courante dans les régions d'Afrique où l'incidence de la forme la plus grave de paludisme est élevée (causée par Plasmodium falciparum). Les parasites du paludisme se développent mal dans les globules rouges de patients drépanocytaires homozygotes ou de porteurs hétérozygotes sains et, par conséquent, le paludisme est rarement trouvé parmi les porteurs de cette mutation. Pour cette raison, le paludisme a maintenu la mutation drépanocytaire à haute fréquence dans ces régions d'Afrique.


Organisation des cellules

L'organisation biologique existe à tous les niveaux dans les organismes. On peut le voir au plus petit niveau, dans les molécules qui composent des choses telles que l'ADN et les protéines, au plus grand niveau, dans un organisme tel qu'une baleine bleue, le plus grand mammifère de la Terre. De même, les procaryotes et les eucaryotes unicellulaires montrent de l'ordre dans la manière dont leurs cellules sont disposées. Les organismes unicellulaires tels qu'une amibe flottent librement et vivent de manière indépendante. Leurs "corps" unicellulaires sont capables d'effectuer tous les processus de la vie, tels que le métabolisme et la respiration, sans l'aide d'autres cellules. Certains organismes unicellulaires, comme les bactéries, peuvent se regrouper et former un biofilm. UNE biofilm est un grand groupe de nombreuses bactéries qui adhère à une surface et forme une couche protectrice sur elle-même. Les biofilms peuvent présenter des similitudes avec les organismes multicellulaires. La division du travail est le processus dans lequel un groupe de cellules effectue un travail (comme fabriquer la "colle" qui colle le biofilm à la surface), tandis qu'un autre groupe de cellules effectue un autre travail (comme absorber des nutriments). Les organismes multicellulaires effectuent leurs processus vitaux par division du travail. Ils ont des cellules spécialisées qui effectuent des tâches spécifiques. Cependant, les biofilms ne sont pas considérés comme des organismes multicellulaires et sont plutôt appelés organismes coloniaux. La différence entre un organisme multicellulaire et un organisme colonial est que les organismes individuels d'une colonie ou d'un biofilm peuvent, s'ils sont séparés, survivre par eux-mêmes, tandis que les cellules d'un organisme multicellulaire (par exemple, les cellules hépatiques) ne le peuvent pas.

Algues coloniales du genre Volvox.

Organismes coloniaux

Organismes coloniaux étaient probablement l'une des premières étapes de l'évolution vers les organismes multicellulaires. Algues du genre Volvox sont un exemple de la frontière entre les organismes coloniaux et les organismes multicellulaires.

Chaque Volvox, montré dans Chiffre ci-dessus, est un organisme colonial. Il est composé de 1 000 à 3 000 algues photosynthétiques regroupées en une sphère creuse. La sphère a une extrémité avant et arrière distincte. Les cellules ont des ocelles, qui sont plus développées dans les cellules situées près de l'avant. Cela permet à la colonie de nager vers la lumière.

Origine de la multicellularité

Le plus ancien organisme multicellulaire connu est une algue rouge Bangiomorpha pubescens, dont des fossiles ont été trouvés dans une roche vieille de 1,2 milliard d'années. Comme les premiers organismes étaient unicellulaires, ces organismes ont dû évoluer en organismes multicellulaires.

Les scientifiques pensent que la multicellularité est née de la coopération entre de nombreux organismes de la même espèce. Les Théorie coloniale propose que cette coopération a conduit au développement d'un organisme multicellulaire. De nombreux exemples de coopération entre organismes dans la nature ont été observés. Par exemple, une certaine espèce d'amibe (un protiste unicellulaire) se regroupe en période de pénurie alimentaire et forme une colonie qui se déplace comme une seule vers un nouvel emplacement. Certaines de ces amibes se différencient alors légèrement les unes des autres. Volvox, montré dans Chiffre ci-dessus, est un autre exemple d'organisme colonial. La plupart des scientifiques admettent que la théorie coloniale explique comment les organismes multicellulaires ont évolué.

Organismes multicellulaires sont des organismes constitués de plus d'un type de cellules et ont des cellules spécialisées qui sont regroupées pour exécuter des fonctions spécialisées. La plupart des formes de vie que vous pouvez voir sans microscope sont multicellulaires. Comme discuté précédemment, les cellules d'un organisme multicellulaire ne survivraient pas en tant que cellules indépendantes. Le corps d'un organisme multicellulaire, tel qu'un arbre ou un chat, présente une organisation à plusieurs niveaux : tissus, organes et systèmes organiques. Des cellules similaires sont regroupées dans des tissus, des groupes de tissus constituent des organes et des organes ayant une fonction similaire sont regroupés dans un système d'organes.

Niveaux d'organisation dans les organismes multicellulaires

Les organismes multicellulaires vivants les plus simples, les éponges, sont constitués de nombreux types de cellules spécialisées qui travaillent ensemble pour un objectif commun. Ces types de cellules comprennent les cellules digestives, les cellules à pores tubulaires et les cellules épidermiques. Bien que les différents types de cellules créent une grande structure multicellulaire organisée &mdash l'éponge visible &mdash, ils ne sont pas organisés en véritables tissus interconnectés. Si une éponge est brisée en la passant à travers un tamis, l'éponge se reformera de l'autre côté. Cependant, si les cellules de l'éponge sont séparées les unes des autres, les types cellulaires individuels ne peuvent pas survivre seuls. Organismes coloniaux plus simples, tels que les membres du genreVolvox, comme représenté sur la Chiffre ci-dessus, diffèrent en ce que leurs cellules individuelles sont libres et peuvent survivre d'elles-mêmes si elles sont séparées de la colonie.

Ce ver rond, organisme multicellulaire, a été coloré pour mettre en évidence les noyaux de toutes les cellules de son corps (points rouges).

UNE tissu est un groupe de cellules connectées qui ont une fonction similaire au sein d'un organisme. Les organismes plus complexes tels que les méduses, les coraux et les anémones de mer ont un niveau d'organisation tissulaire. Par exemple, les méduses ont des tissus qui ont des fonctions protectrices, digestives et sensorielles distinctes.

Des organismes encore plus complexes, comme le ver rond montré dans Chiffre ci-dessus, tout en ayant également des cellules et des tissus différenciés, ont un niveau de développement d'organe. Un organe est un groupe de tissus qui a une fonction spécifique ou un groupe de fonctions. Les organes peuvent être aussi primitifs que le cerveau d'un ver plat (un groupe de cellules nerveuses), aussi gros que la tige d'un séquoia (jusqu'à 90 mètres de haut) ou aussi complexes qu'un foie humain.

Les organismes les plus complexes (tels que les mammifères, les arbres et les fleurs) ont des systèmes d'organes. UnSystème d'organes est un groupe d'organes qui agissent ensemble pour exécuter des fonctions connexes complexes, chaque organe se concentrant sur une partie de la tâche. Un exemple est le système digestif humain, dans lequel la bouche ingère la nourriture, l'estomac l'écrase et la liquéfie, le pancréas et la vésicule biliaire fabriquent et libèrent des enzymes digestives, et les intestins absorbent les nutriments dans le sang.


Quel est l'organisme le plus tolérant à la chaleur ? - La biologie

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Guide général sur ces questions de révision ici

Notes pour le chapitre 14 : Origine de la vie

Collection de liens pertinents de Biologie 404

Introduction

  • Introduction à la cosmologie
  • Bref résumé de la théorie du Big Bang
  • Estimation actuelle : le Big Bang était il y a environ 12 milliards d'années
  • Preuve récente que le Big Bang accélère
  • Site Web de la NASA sur l'origine et l'évolution de la vie ou ici
  • Autres sites éducatifs de la NASA sélectionnés : 1 - 2 - 3 - 4

Formation du système solaire

La vie sur les surfaces planétaires

  • Dr Awramik sur la Terre primitive
  • Notes de cours sur les cycles de la Terre
  • Notes de cours sur la petite enfance
  • Mise à jour du professeur Cowen : Y a-t-il ou y avait-il de la vie sur Mars ?
  • Nouveau livre stimulant du biochimiste de l'Université Cornell, Thomas Gold, La biosphère chaude et profonde.

Reconstruire l'origine de la vie

  • Entretien avec le pionnier de l'exobiologie, le Dr Stanley Miller
  • Résumé de l'hypothèse la plus récente de la soupe primordiale du Dr Miller
  • Dr Stanley Awramik sur Comment la vie a commencé
  • L'expérience de la soupe primordiale de Stanley Miller et l'appareil de réaction à décharge par étincelles
  • Liens vers les origines de la vie
  • Poser une question à un astrobiologiste à propos de Life Origins

Vers la première cellule vivante

  • Article de Carl Zimmer, La première cellule
  • Grand nouveau livre de John Maynard Smith & Eörs Szathmáry, Les Origines de la Vie.
    Ou leur livre plus technique sur ce sujet, Les transitions majeures de l'évolution
  • Un livre de J. William Schopf, Berceau de la vie : la découverte des premiers fossiles de la Terre.


Visitez la source des images de l'évent Deep Sea Hot "Black Smoker"
et les Gutless Hot Vent Worms, Riftia, Hôtes de symbiotique chimiosynthétique
Microbes, sur le site Web Living at Extremes de Nova

Où la vie a-t-elle évolué ?

  • Bon plan de conférence par Bruce Walsh et al. sur l'Origine de la Vie qui favorise l'interaction des molécules
  • Un bon aperçu de la biologie microbienne
  • Un bon aperçu de la diversité microbienne et de la phylogénie
  • Excellentes notes de cours de James Brown sur la diversité microbienne
  • Article de Carl Zimmer sur le triomphe des Archées
  • Introduction aux archées
  • Manuel de laboratoire Guide des trois groupes d'archées : 1 - 2 - 3
  • Images d'Archaea : 1 - 2
  • Plus d'images d'Archaea, la première archée complètement séquencée
  • Communiqué de presse sur Achèvement du séquençage du génome de Methanococcus Être séquencé
  • Liste à jour de la page d'accueil des génomes séquencés
  • Article sur les extrêmophiles
  • Introduction à Crenarchaeota : les archées les plus résistantes à la chaleur ou ici
  • Comparaison de la thermophilie des microbes tolérants à la chaleur
  • Exemple d'Euryarchaea : L'autre grand groupe d'Archaea
  • Image de Yellowstone Hot Spring Archaea
  • Images de l'habitat d'évent de fumoir chaud pour les archées en mer profonde
  • Fonctionnalité de Nova sur la vie dans les évents de fumeurs noirs en mer profonde
  • Importance potentielle de la durée de vie sous la surface
  • La notion d'ascendance cosmique
  • Programme d'exploration de Mars de la NASA

Les êtres vivants

  • Mini-essai du professeur Cowen sur la sélection naturelle
  • Liens Web du professeur Cowen sur le fonctionnement de l'évolution
  • Un aperçu très complet de l'évolution
  • Vidéo Quicktime de Stephen Jay Gould clarifiant le fait de l'évolution par rapport à l'acceptation du modèle d'évolution de Darwin
  • Plus de commentaires de Gould sur l'erreur d'assimiler l'évolution à une complexité croissante
  • Déclaration papale sur l'évolution
  • Site Web pour les cours d'évolution et de création au CSUF de Tom Morris, Fullerton College, ou consultez son chapitre sur l'origine de la terre et de la vie

Énergie et Vie

Liens mis à jour le 19/07/02 © D.J. Eernisse 1998-2002

RQ UE 14.1 : À l'aide des liens ci-dessus et du texte, décrivez comment les conditions sur Terre auraient été différentes lorsque la vie telle que nous la connaissons est apparue.

II. Synthèse expérimentale de composés organiques

RQ UE 14.2 : Quelle est l'importance des expériences du type initié par le Dr Stanley Miller ?

RQ UE 14.3 : Les trois domaines de la vie utilisent l'ADN pour stocker les codes nécessaires à leur succès continu. Alors pourquoi l'ARN est-il maintenant considéré comme le premier matériel génétique, et qu'est-ce que cela a à voir avec les molécules connues sous le nom de ribozymes ?

RQ UE 14.4 : Une erreur courante sur les origines de la vie est que tous les aspects que nous voyons en commun dans les organismes aujourd'hui doivent avoir évolué simultanément pour que l'organisme ait été capable de survivre. Cependant, le dernier ancêtre commun des organismes vivant aujourd'hui était déjà issu d'une longue lignée d'organismes plus simples. Quels ont été les premiers précurseurs d'organismes auto-répliquants, et où étaient-ils susceptibles d'avoir été trouvés ? Quelles sont certaines des étapes qui auraient été nécessaires avant que cet organisme plus compliqué n'ait pu exister ? Pourquoi la sélection naturelle est-elle d'une importance vitale pour contrer l'opinion naïve* selon laquelle cette transition est censée s'être produite uniquement par hasard, et l'évolution de la vie est donc considérée comme un scénario hautement improbable.

* Voici un exemple de ce genre d'argument, tiré de ce site Web :

Une grande partie de la propagande évolutionniste populiste ressemble à la théorie hypothétique suivante pour l'origine d'une voiture :

‘Le design est une explication non scientifique, nous devons donc trouver une explication naturaliste à la place. Maintenant, des expériences ont montré que l'un des éléments constitutifs importants de la voiture, le fer, peut être produit en chauffant des minéraux naturels comme l'hématite à des températures que l'on trouve à certains endroits sur terre. De plus, on peut montrer que le fer forme des feuilles minces sous des pressions connues pour se produire dans certaines formations géologiques ….’

Si cela semble tiré par les cheveux, notez que même la cellule auto-reproductrice la plus simple, qui possède 482 gènes, a un contenu d'informations beaucoup plus élevé qu'une voiture, mais l'auto-reproduction est une condition préalable à l'évolution néo-darwinienne.

RQ UE 14.5 : Quelle est la notion d'évolution rétrograde de Norman Horowitz et pourquoi est-elle qualifiée de « quotidienne » par les auteurs du texte ?

RQ UE 14.6 : La plus grande innovation dans l'histoire de la vie a peut-être été une adaptation par les cyanobactéries. (désignés à tort dans le texte par leur nom à l'ancienne, algues bleu-vert). Les cyanobactéries ont été les premiers organismes à réussir à utiliser l'hydrogène dans l'eau facilement disponible comme source d'hydrogène pour la photosynthèse. Le problème avant cela était que l'élimination de l'hydrogène de l'oxygène libère de l'oxygène libre, qui est hautement oxydant, et aurait tendance à déchirer les cellules sans protection. Les cyanobactéries le font à l'aide d'une enzyme, la SOD, qui délivre de l'oxygène en toute sécurité à la surface cellulaire, où il est évacué. Alors pourquoi est-ce si important dans l'histoire de la vie, présentant de nouvelles opportunités mais conduisant également à une "crise de pollution" ?

VI. Cellules procaryotes et eucaryotes

RQ UE 14.7 : Comparer les eucaryotes avec d'autres formes de vie. Quelles similitudes primaires dérivées partagées les eucaryotes partagent-ils les uns avec les autres qui manquent dans d'autres formes de vie, et quelles ont été les implications de l'évolution de ces nouvelles caractéristiques eucaryotes ? Attention, les mitochondries et les chloroplastes ne sont présents que chez certains eucaryotes, et n'étaient probablement pas présents chez l'ancêtre commun de tous les eucaryotes - il s'agissait d'ajouts ultérieurs, malgré ce qui est sous-entendu dans le texte.

Lien PBS : exemple de symbiose moderne - Ancient Farmers of the Amazon

VII. Organelles et évolution

RQ UE 14.8 : Décrire l'hypothèse endosymbiotique de l'origine des mitochondries et des chloroplastes chez les eucaryotes, et passer en revue les principales preuves de cette hypothèse. (Remarque : la figure 14.5 montre une hypothèse similaire pour l'origine du noyau et du RE, ce qui n'est pas une hypothèse très populaire, à ma connaissance.)

VIII. Classification des organismes

RQ UE 14.9 : Les non-eucaryotes étaient auparavant regroupés sous le nom paraphylétique, « procaryotes », mais Carl Woese et la plupart des biologistes les ont aujourd'hui divisés en deux domaines de vie. Pourquoi et quelles implications cela a-t-il ? Quel est le problème avec l'ancien système 5-Kingdom de Whittaker, qui est si populaire parmi les auteurs de manuels ? (Les liens fournis ci-dessus et les notes du chapitre 13 devraient être utiles.)

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Voir la vidéo: The School of Creativity. Can Viruses Be Our Friends? FI, EE subtitles (Décembre 2022).