Bacillus: caractéristiques générales, taxonomie, morphologie, phylogénie

Bacillus est un genre de bactérie appartenant à l'ordre Bacillales, classe Bacilli, phylum Firmicutes. Ce genre regroupe une grande diversité de bactéries qui ont pour caractéristique commune la capacité de produire des endospores inactives en aérobiose lorsqu'elles sont soumises à des environnements défavorables.

Ces endospores sont résistantes à la chaleur, aux radiations, aux désinfectants et à la dessiccation, ce qui explique pourquoi les espèces de Bacillus peuvent être des contaminants problématiques en milieu hospitalier, dans les produits pharmaceutiques et dans les aliments.

Sont-ils pathogènes?

La plupart des espèces de Bacillus ne sont pas pathogènes et ont rarement été associées à des maladies chez l'homme ou d'autres animaux.

Les exceptions les plus connues sont Bacillus anthracis, l'agent causal du charbon, Bacillus thuringiensis, agent pathogène des invertébrés, Bacillus licheniformis, impliqué dans l'intoxication alimentaire et d'autres infections humaines et animales, et Bacillus cereus, cause d'intoxication alimentaire et d'infections opportunistes.

Où sont-ils?

Les bactéries Bacillus ont été isolées principalement dans des échantillons de sol, d'eau, d'aliments et dans des échantillons cliniques. Mais ils ont également été trouvés dans les environnements les plus inhabituels, tels que les sédiments océaniques à des milliers de mètres sous le niveau de la mer et dans des échantillons d’air stratosphérique, dans des piscines géothermiques acides, dans des eaux souterraines hautement alcalines et dans des lacs hypersalins terminaux.

D'autres ont été découverts dans des niches créées par des êtres humains, depuis des tombes mexicaines et des peintures murales romaines détériorées jusqu'aux salles ultra propres des installations d'assemblage de vaisseaux spatiaux.

Les plantes constituent également une source riche en nouvelles espèces de Bacillus, certaines endophytes et d'autres associées à la rhizosphère.

Caractéristiques

-La grande diversité de bactéries incluses dans le genre Bacillus peut être gram-positive (uniquement aux premiers stades de la croissance) ou gram-négative, mobile avec des flagelles péritriches ou non-mobiles, aérobie, anaérobie facultative ou strictement anaérobie.

-Ils ont une grande diversité de capacités physiologiques, allant de psychrophile à thermophile, d’acidophile à alcalophile. Certaines souches sont halophiles.

-La majorité des espèces produisent de la catalase et peuvent être à la fois positives et négatives pour l'oxydase.

- Ils sont chimoréganotrophes. Deux espèces sont des chimiolithotrophes facultatives, ce qui signifie qu'elles tirent leur énergie de l'oxydation de composés inorganiques réduits tels que l'ammoniac, le soufre élémentaire, l'hydrogène, les ions fer, les nitrites et le soufre. Ces organismes peuvent obtenir tout leur carbone cellulaire du dioxyde de carbone et peuvent se développer sans aucun composé organique et sans lumière.

Morphologie

Les bactéries du genre Bacillus peuvent être en forme de bâtonnet, droites ou légèrement incurvées, généralement arrondies, même lorsque certaines cellules ont été décrites comme carrées (par exemple, Bacillus cereus ).

Les cellules ont un diamètre variant de 0, 4 à 1, 8 µm et une longueur de 0, 9 à 10, 0 µm. Les dimensions des cellules au sein de chaque espèce et de chaque souche ont généralement peu de variabilité.

Les cellules se présentent individuellement et par paires, certaines en chaînes et parfois en longs filaments. Selon l'espèce, la souche et les conditions de culture, les cellules filles peuvent être séparées.

De cette façon, la culture semble être composée de cellules individuelles et de paires de cellules en division lorsqu'elle est observée par microscopie à contraste de phase. Dans d'autres cas, les cellules filles peuvent rester attachées les unes aux autres, de sorte que les chaînes de cellules sont visibles.

La morphologie des spores est une caractéristique taxonomique, bien que certaines souches puissent varier. Les spores les plus courantes ont une forme ellipsoïdale ou ovale, mais les formes vont de formes cylindriques à ellipsoïdales, sphériques ou irrégulières qui ressemblent à un rein ou à une banane.

Phylogénie

Initialement, le genre Bacillus a été décrit pour des bactéries en forme de bâtonnets, capables de produire des endospores réfringentes en aérobiose, avec une plus grande résistance à la chaleur, à l'humidité et à d'autres agents destructeurs que les cellules végétatives.

Cependant, lorsque les nouveaux outils de taxonomie moléculaire ont été appliqués au genre, les données résultantes ont remis en question le paradigme existant selon lequel le genre était composé d'un petit nombre d'espèces définies avec une identification rigoureuse par certaines caractéristiques phénotypiques.

En 1991, il a été démontré que ce qui était groupé dans un seul genre était en réalité six groupes différents, ce qui avait conduit à la création de cinq nouveaux genres. En conséquence, la systématique de l'ancien genre Bacillus s'est radicalement transformée.

Actuellement, plus de 142 espèces du genre Bacillus sont connues . Cependant, entre 2004 et 2006, de nouvelles espèces de Bacillus ont été décrites à un rythme moyen d'une par semaine. On estime donc que ce nombre peut être beaucoup plus grand

Cycle de vie

Dans des conditions adéquates de nutrition, de température, de pH, de composition atmosphérique, entre autres, les cellules de Bacillus se développent et se divisent par fission binaire, une forme de reproduction asexuée consistant en la duplication d’ADN, suivie de la division du cytoplasme par un septum diviseur qui traverse le centre de la cellule, donnant lieu à deux cellules filles.

Conditions défavorables

Cependant, lorsque les conditions environnementales sont défavorables, les cellules végétatives génèrent des endospores, des structures cellulaires ne contenant pas d’ATP et dont le métabolisme est extrêmement latent, ce qui confère une résistance.

Les endospores se forment à la fin de la phase de croissance exponentielle. De nombreux autres facteurs affectant la formation d'endospores sont connus, tels que la température de croissance, le pH ambiant, l'aération, la présence de certains minéraux et de sources de carbone, d'azote et de phosphore et leurs concentrations. Une autre influence est la densité de population.

Étapes latentes cellules végétatives-spores

La conversion des spores latentes en cellules végétatives implique trois étapes: activation, germination et croissance externe. L'inactivité diminue avec les changements favorables de température ou le vieillissement des cellules.

Cependant, de nombreuses espèces ne nécessitent pas une telle activation. En quittant la latence, si la spore trouve les conditions environnementales appropriées, la germination est déclenchée par la perte de réfractance, une hydrolyse rapide de la croûte et la dégradation de petites protéines acides solubles qui confèrent une résistance aux agents. produit chimique et rayonnement.

Le protoplaste des spores germées gonfle visiblement à cause de l'absorption d'eau, la biosynthèse est reprise et une nouvelle cellule végétative émerge de la couche de spores de rotam, donnant lieu à une nouvelle période de reproduction végétative.