Exposé Sur Les Microorganismes [PDF]

Zitiervorschau

REPUBLIQUE DU BENIN ***

MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SECONDAIRE ET DE LA FORMATION TECHNIQUE ET PROFESSIONNELLE *** Direction Départementale de l'Enseignement Secondaire, Technique et de la Formation Professionnelle ***

Collège d’Enseignement Général de Malanhoui Classe : 1ère AB

Matière : SVT

Thème : Utilisation traditionnelle des micro-organismes en biotechnologie agro-alimentaire et médicale

Membres du groupe 1. AMOUSSOUGA Bruthus

Nom du professeur FIANYO S. KOMLA

2. DJOUGA Huberte 3. TOGBE Sabine 4. TOCHOEDO Osias 5. VEHOKLOUNON Hervé 6. HOUENOU Uriel 7. WANVOEGBE Charles 8. TOUDONOU Wilfried 9. ZIDOZIN Richard 10. SAIZONOU Floriane

ANNEE SCOLAIRE : 2018- 2019

PLAN Introduction Notion de micro-organismes A.Utilisation traditionnelle des micro-organismes dans le domaine alimentaire B. Utilisation traditionnelle des micro-organismes dans le domaine agronomique C. Utilisation traditionnelle des micro-organismes dans le domaine sanitaire et médicale

Conclusion

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INTRODUCTION Dans l’esprit de la plupart d’entre nous, le mot « microbes » est associé à des maladies. Mais, les micro-organismes ne sont pas tous pathogènes, il existe même des microbes utiles. Des technologies à la fois très ancienne et très nouvelle permettent d’utiliser certaines bactéries, levures et moisissures pour produire industriellement des substances utiles à la société. C’est certainement dans le domaine agro-alimentaire que l’on trouve la plus grande variété de procédés biotechnologiques traditionnels, notamment pour la fabrication des aliments et des boissons fermentée. Ces procédés sont susceptibles d’être améliorés leur efficacité et leur rendement peuvent être accru en sélectionnant des souches microbiennes plus productives. Dans le domaine de la santé et de la médecine, les micro-organismes sont aussi de précieux auxiliaires. La biosynthèse d’hormones humaines par des cellules microbiennes en génome modifié rend possible le traitement de certaines maladies ou de certaines déficiences. L’avantage des micro-organismes est leur production rapide. Il est maintenant possible de fabriquer, grâce à eux, des produits naturels (vitamines, enzymes, antibiotiques) qui, jusqu’alors, n’étaient obtenus qu’en très faible quantité par les techniques classiques d’extraction et de purification. Qu’appelle-t-on microbe ? Quelles sont les structures des microorganismes et comment la biotechnologie utilise les microbes pour la fabrication des aliments et des médicaments ? Notion de Micro-organisme Un micro-organisme ou microorganisme ou microbe est un organisme vivant, invisible à l'œil nu, qui ne peut être observé qu'à l'aide d'un microscope. Les micro-organismes sont représentés par diverses formes de vie parmi lesquelles les bactéries, certains champignons microscopiques, les archéobactéries, les protistes ; des algues vertes microscopiques, des animaux du plancton, les planaires, les amibes... Certains microbiologistes y ajoutent les virus alors que d'autres ne les considèrent pas comme des êtres vivants à part entière.

En améliorant le microscope et en mettant en évidence dès le XVIIe siècle l'existence des bactéries, le drapier hollandais Antoine van Leeuwenhoek apparaît comme le précurseur de l'étude des micro-organismes et de la biologie cellulaire. Depuis 1872 (Ferdinand Julius Cohn) les « bactéries » sont différenciées des levures, des moisissures, des infusoires ou des parasites.

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Le mot « microbe » (littéralement « petite vie ») est introduit par le chirurgien français Charles Sédillot en 1878 pour désigner tous ces êtres vivants infiniment petits, un mois avant que Louis Pasteur et ses collaborateurs fassent une communication à l'Académie de médecine, sur la « théorie des germes » et ses applications à la médecine et à la chirurgie, dans laquelle des êtres vivants microscopiques sont déclarés responsables de maladies. Ce contexte explique que le terme « microbe » comporte une forte connotation négative alors que les micro-organismes participent au cycle du carbone et au cycle de l'azote, et accomplissent un rôle vital dans presque tous les écosystèmes. Les plantes et les animaux en bonne santé abritent une impressionnante diversité de micro-organismes.

A- Utilisation traditionnelle des micro-organismes dans le domaine alimentaire 1- Les micro-organismes dans notre alimentation Les micro-organismes sont indispensables à la production d’aliments fermentés traditionnels comme le pain, le fromage, le yaourt, la bière ou le vin, mais les enzymes et les additifs qu’ils produisent sont aussi largement utilisés de nos jours dans une importante quantité d’autres produits alimentaires. Les aliments ou les boissons fermentés sont obtenus par fermentation du produit alimentaire jusqu’à un niveau d’exigence souhaité. La fermentation est issue des microorganismes tels que des bactéries, des levures ou des moisissures. Plus de 3 500 aliments fermentés existent dans le monde entier. Les plus connus sont les pains, les yaourts et les fromages en Europe et en Amérique du Nord. Puis, nous avons les fromages d’Afrique qui sont fabriqués à partir d’amidon fermenté (comme le manioc ou les ignames). Ils constituent une partie importante du régime alimentaire local. En Asie, il y a les produits fermentés à partir de fèves de soja ou de poissons. Ceux-là sont consommés quotidiennement dans le pays. Nous avons aussi des boissons fermentées. Ce sont non seulement des boissons alcoolisées mais aussi du thé, du café ou du cacao : dans ce cas les feuilles ou les fèves sont fermentées après la récolte. Cette fermentation entraine le développement des arômes caractéristiques du produit. Grâce à la fermentation, les aliments sont plus nutritifs, plus savoureux et plus faciles à digérer. De plus, cette fermentation améliore la sécurité alimentaire, en aidant à conserver

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les aliments et à augmenter leur durée de vie, réduisant ainsi le besoin de réfrigération ou d’autres méthodes énergivores. Ce qui est très bien pour notre environnement d’ailleurs. 2- La levure La levure est le micro-organisme le plus familier, elle intervient aussi bien dans la nourriture que dans la boisson. Elle est utilisée dans la fabrication du pain, où elle joue un rôle majeur dans la production de la texture spongieuse mais aussi pour fabriquer des boissons alcoolisées. Là, la levure transforme les sucres complexes des céréales. Son utilisation dans la panification a surement débuté par hasard. Mais, aujourd’hui des cultures de levures sont produites et contrôlées par des industries spécialisées dans leur production. 3- Les bactéries lactiques La fabrication de produits laitiers représente la deuxième industrie de fermentation la plus importante (après la production de boissons alcoolisées). En effet, le fromage est fabriqué dans presque tous les pays. Cette fermentation facilite la transformation du sucre du lait (le lactose) en acide lactique par les bactéries lactiques. Ce processus contribue au développement du goût particulier des yaourts ou des fromages. Il participe aussi à la prévention dans la détérioration de l’aliment et dans la limitation de croissance des organismes pathogènes. Encore une fois, le rôle des micro-organismes dans la production de produits laitiers a évolué à partir d’une découverte accidentelle. Aujourd’hui, un défi majeur pour l’industrie de la fermentation des produits laitiers est de fournir des souches de bactéries stables. Il existe de nombreuses possibilités pour l’utilisation de bactéries lactiques par d’autres moyens. Il s’agit notamment de leur utilisation comme des bactéries bénéfiques dans les cultures pro biotiques, celles qui complètent et aident nos bactéries intestinales à fonctionner plus efficacement. Le marché mondial pour ces produits continue à augmenter en fonction des demandes des consommateurs de plus en plus soucieux de leur santé. 4- Les micro-organismes comme aliment

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Les micro-organismes sont impliqués dans la production de nombreux autres aliments, et sont parfois utilisés comme aliments eux-mêmes. Par exemple, le vinaigre est le produit de la fermentation du vin mélangé avec des levures puis avec des bactéries produisant de l’acide acétique. Ces bactéries acétiques se développent habituellement spontanément lorsque le vin est exposé à l’air, mais la production commerciale nécessite l’utilisation d’un vinaigre « d’amorçage ». Pour obtenir du vinaigre, nous pouvons aussi bien utiliser du vin que tout autre boisson alcoolisée, en ayant bien sûr la quantité nécessaire d’amorçage – pour la bière par exemple c’est un vinaigre de malt – ou encore certains fruits (framboises, pommes), les légumes et les sirops. Les micro-organismes sont des éléments importants de la transformation alimentaire. Sans eux, notre alimentation perdrait à la fois la saveur, la variété et serait moins nutritive.

EXEMPLE DU YAOURT Le yaourt, yahourt, yogourt ou yoghourt, est un lait fermenté par le développement des seules bactéries lactiques thermophiles Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus et Streptococcus thermophilus qui doivent être ensemencées simultanément et se trouver vivantes dans le produit fini. Il fait partie des nombreux types de laits fermentés. Sa standardisation et sa production industrielle dans la seconde moitié du XXe siècle, en ont fait un produit de grande consommation dans de nombreux pays du monde. Dans les pays développés et en développement, ce mets naturellement acide est souvent additionné de sucre et de fruits pour être consommé en dessert ou au petit-déjeuner. L'histoire du yaourt remonte à celle des laits fermentés, obtenus par la fermentation spontanée des microorganismes naturellement présents dans le lait, les outres ou l'environnement. À l'heure actuelle, la fabrication du yaourt s'effectue artisanalement, à la maison ou industriellement. Le yaourt est fabriqué à partir de lait (entier, demi-écrémé ou écrémé), généralement de vache mais aussi d'autres mammifères : brebis, chèvre, etc. Ce lait est pasteurisé, et souvent enrichi avec du lait en poudre. Le yaourt aura ainsi une teneur en protéines et en calcium plus importante que du lait normal. Les protéines du lait jouent un rôle essentiel dans la coagulation à la base de la formation du yaourt et des fromages. Il faut distinguer deux grandes catégories :

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les caséines, rassemblées en agrégats nommés micelles. Elles représentent la majorité des constituants protéiques (82 % pour le lait de vaches). Ce sont elles qui seront déstabilisées par l'acidification du milieu lors de la fermentation et qui permettront la coagulation ;

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les protéines sériques (ou protéines solubles) qui ne précipitent pas sous l'effet de l'acidification.

En production industrielle, le processus de fabrication est divisé en quatre grandes phases. Selon le type de yaourt désiré, yaourt ferme ou brassé, l'étape de la fermentation se situe différemment par rapport à celle du conditionnement. 1- Préparation du lait : après une standardisation en matières grasses, le lait est enrichi en matière sèche, généralement par rajout de poudre de lait écrémé ou de protéines de lactosérum ou caséinates. S'ensuit une homogénéisation sous une pression élevée et à 70 ° C et éventuellement un rajout de sucre. 2- Traitement thermique : le chauffage à 90 à 95 °C pendant 3 à 5 minutes détruit les micro-organismes pathogènes et indésirables. Il dénature aussi environ 85 % des protéines solubles du lait qui vont ensuite se fixer sur les micelles de caséine. Ces modifications se traduisent après fermentation par une amélioration de la fermeté des gels. 3- Ensemencement : après refroidissement de la température de fermentation à 42−45 °C, l'ensemencement s'effectue avec une souche de Streptococcus thermophilus (ST) et de Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus (LB) dans un rapport de ST/LB=1,2 à 2 pour les yaourts nature et pouvant atteindre 10 pour les yaourts aux fruits. 4- Fermentation et conditionnement : les bactéries lactiques absorbent le sucre du lait (le lactose) qu'elles transforment en acide lactique, entraînant une baisse du pH et la coagulation du milieu. Elles produisent par ailleurs des composés carbonylés volatils qui participent à la richesse aromatique : acétaldéhyde (éthanal) à l'odeur fruitée, le diacétyle à odeur de fromage et d'aisselles, l'acétoïne et l'acétate d'éthyle rappelant le dissolvant de vernis à ongles. Selon la texture recherchée, les opérations de fermentation et de conditionnement ne sont pas effectuées dans le même ordre : -

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Yaourt ferme : immédiatement après l'ensemencement, le lait est conditionné en pots et ceux-ci sont placés dans une étuve réglée à la température de 42 à 45 °C, pendant 2 à 3 heures, jusqu'à obtention d'environ 1 % d'acidité. La fermentation est stoppée par refroidissement des pots dans des chambres froides fortement ventilées. Ils sont ensuite stockés à 2−4 °C. Yaourt brassé : après ensemencement, le lait reste dans le tank à la température de 42 à 45 °C. La fermentation se déroule dans le tank jusqu'à ce que l'acidité de 1 % soit

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atteinte. Le lait coagulé est ensuite brassé puis refroidi et conditionné dans des pots stockés à 2−4 °C.

Pendant la phase de commercialisation, les yaourts doivent être maintenus dans la chaîne du froid entre 4 et 8 °C. Durant cette période, les bactéries lactiques ne se multiplient pas mais continuent toutefois à produire de l'acide lactique et donc à augmenter la saveur acide du yaourt. Le lait de soja ne contenant pas de lactose pour nourrir des bactéries, ne peut devenir un yaourt au sens strict du terme. Cependant, il fermente et on obtient, dans une yaourtière, un résultat proche de celui du yaourt ordinaire. Rappelons que les préparations laitières réalisées selon le même principe mais sans Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus ou Streptococcus thermophilus, mais avec d'autres bactéries (bifidus...) ne peuvent porter l'appellation yaourt en France et en Union européenne. Le yaourt peut être brassé, aromatisé, sucré, mélangé à différents fruits. La plupart des yaourts sont de couleur blanche à l’exception de celui confectionné à partir de lait de bufflonne qui présente une coloration naturellement rosée.

B- Utilisation traditionnelle des micro-organismes dans le domaine agronomique En agriculture, les micro-organismes ont longtemps été perçus exclusivement comme des agents pathogènes. Cette vision négative est désormais désuète et l’étude des communautés microbiennes associées aux plantes nous a permis de mettre en évidence de nombreux microorganismes d’intérêt agronomique. Présents dans la rhizosphère (zone proche des racines) et dans la philo sphère (parties situées au-dessus du niveau du sol) certains colonisent également l’intérieur de leur hôte, on les appelle alors endosphériques. Les micro-organismes rhizosphériques interagissent avec la plante au niveau de ses racines. C’est là que se trouve la flore microbienne la plus riche et nous aimons faire le parallèle avec notre intestin qui grouille lui aussi d’une flore aussi indispensable que fascinante. Comme un intestin retourné, les racines possèdent des poils absorbants à proximité desquels l’on retrouve d’importantes colonies microbiennes. Ce sont les exsudats racinaires émis spécifiquement par la plante qui attirent et stimulent ces micro-organismes bénéfiques pour elle. Certaines bactéries par exemple, stimulent et/ou protègent la plante grâce à un ou plusieurs mécanismes : excrétion de phytohormones dans le milieu, solubilisation d’éléments minéraux bloqués dans le sol, fixation de l’azote atmosphérique, réduction du niveau de certaines maladies dans le sol (par compétition ou hyper parasitisme…). On appelle ces actéries : PGPR (Plant Growth Promoting Rhizobacteria). C’est dans cet environnement que l’on retrouve également les champignons 8

(mycorhiziens par exemple mais pas seulement) et autres levures... La phyllosphère et l’endosphère hébergent également une microflore diversifiée impliquée dans des mécanismes de nutrition ou de protection de la plante contre des stress abiotiques et/ou biotiques comme la stimulation des défenses naturelle SDN … Les micro-organismes ne sont pas des principes actifs ou des fertilisants au sens propre. Ce sont de véritables partenaires des cultures qui tissent avec elles des relations complexes allant bien au-delà de la fonction pour lesquels on les sélectionne. Accompagnée d’une vie microbienne diversifiée, une plante forme à elle seule un véritable écosystème et l’on sait aujourd’hui que plus cet écosystème est complexe, plus il a de chance de résister aux aléas extérieurs.

c- Utilisation traditionnelle des micro-organismes dans le domaine sanitaire et médicale La plupart des scientifiques qui travaillent dans le secteur médical ont tendance à envisager les progrès de la biotechnologie sur un continuum, qui est représenté par le processus ininterrompu de perfectionnement et de mise au point des pratiques médicale. La technologie a joué un rôle actif dans l’éradication et la prévention des maladies et du contrôle phytosanitaire. Parmi les techniques médicales, nous avons la vaccination, les diagnostics et traitements vétérinaires, l’insémination artificielle et les croisements génétiques. Notre exposé fera par de l’utilisation des micros organisme en biotechnologique médecine. Le secteur de la santé (humaine et vétérinaire) fait un appel croissant aux biotechnologies, pour découvrir, tester et produire de nouveaux traitements (ex : vaccins, protéines recombinantes, anticorps monoclonaux, thérapie cellulaire et génique (non virale) ), mais aussi pour diagnostiquer et comprendre les causes des maladies. Ceci suppose un effort de recherche très important pour comprendre le fonctionnement des organismes, et concevoir des médicaments capables d’agir sur d’éventuelles perturbations, et pour mieux différencier la part du génétique et de l’environnemental dans l’étiologie et l’épidémiologie des maladies. Ces biotechnologies sont encore désignés sous le terme ‘’biotechnologies rouges’’. 1- Les biotechnologies rouges Les biotechnologies rouges concernent les domaines de la santé, du médicament, du diagnostic, de l’ingénierie tissulaire ainsi que le développement de procédés génétiques ou moléculaires ayant une finalité thérapeutique. C’est dans cette catégorie que les efforts les plus importants 9

ont été entrepris. Des nouveaux médicaments seront issus, directement ou indirectement, des biotechnologies modernes, ce qui explique l’engouement des industriels et des financiers. C’est aussi dans cette catégorie que les biotechnologies utilisant les cellules souches embryonnaires, les techniques du clonage et les outils de diagnostic génétique posent de redoutables questions d’éthique et imposent des limites d’emploi. Grâce aux outils du génie génétique et à la connaissance du génome humain, on obtient de nombreuses informations permettant d’identifier des cibles moléculaires nouvelles qui sont d’une grande importance dans l’approche thérapeutique des pathologies humaines ou animales. On peut estimer entre 5000 et 10000 le nombre de ces cibles potentielles, alors que, aujourd’hui, seules moins de 500 d’entre elles sont exploitées. Repérer dans cette abondance les plus pertinentes représente un véritable défit. C’est avec la production de molécules complexes, issues du vivant (hormones, etc.), que les biotechnologies ont acquis leurs lettres de noblesse. L’usine cellulaire, qu’elle soit bactérienne ou eucaryote, se révèle d’une remarquable efficacité, capable de fabriquer, de manière plus ou moins fidèle, des molécules ou des substances qu’aucun chimiste ne pourrait synthétiser. De plus, les produits biotechnologiques sont, généralement, beaucoup plus sûrs que les extraits d’organes humains ou animaux qui peuvent être contaminés par des virus ou d’autres éléments. L’histoire tristement célèbre de l’hormone de croissance nous le rappelle dramatiquement. Ces bio-médicaments représentent, d’ailleurs, une suite logique des recherches visant à extraire du monde animal, végétal ou microbien des principes actifs connus en médecine traditionnelle. Les bio-médicaments anciens étaient des molécules chimiques plus ou moins simples (aspirine provenant du saule, colchicine du colchique, taxol de l’if, pénicilline de moisissure). Aujourd’hui, le regard nouveau porté sur les médecines traditionnelles chinoises, indiennes, africaines ou autres, allié aux outils du génie génétique, mobilise de nombreux laboratoires publics ou privés dans la recherche de nouvelles substances d’intérêt thérapeutique. En plus d’être un réservoir naturel de molécules médicaments, les plantes peuvent être utilisées comme des usines de production de médicaments biotechnologiques. Pour cela, on insère dans leur génome le gène «d’intérêt» qui leur permet de produire la protéine souhaitée. Ainsi, par exemple, la lipase, intervenant dans le traitement de la mucoviscidose, est produite dans du maïs transgénique. De même, le tabac peut produire, en 48-72 heures, assez de protéines de bonne qualité pour rivaliser avec les micro-organismes usine. À côté de ces innombrables développements que l’on regroupe sous l’appellation «biotechnologies rouges moléculaires», des progrès notables sont accomplis dans les «biotechnologies rouges cellulaires» dus à une meilleure connaissance de la physiologie cellulaire. Ainsi, on peut en quelques semaines reproduire in vitro, à partir de quelques cellules souches de l’épiderme, une peau complète pour 10

traiter un grand brûlé. Cet exemple illustre une nouvelle dimension de la médecine régénérative ou de reconstruction dans laquelle les cellules souches, qu’elles soient embryonnaires, sont appelées à jouer un rôle primordial, notamment dans les maladies neurodégénératives.

Conclusion Les bactéries, les virus, certains champignons dont les levures des moisissures, les algues unicellulaires et les cellules isolés de pluricellulaire sont des microorganismes utilisés dans les biotechnologies. Leur simplicité et leur fort pouvoir de multiplication permettent leur bonne utilisation par l’homme pour produire des substances utiles à travers des procédés tel que : Synthèse, la bioconversion et le génie génétique. La connaissance de la biologie des microorganismes a permis leur utilisation dans la biotechnologie. Les microorganismes sont utilisés dans le domaine médical et agroalimentaire grâce à certains de leur propriété.

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