Croissance bactérienne et cinétique de croissance

La croissance bactérienne désigne l'augmentation du nombre de cellules dans une population, généralement par fission binaire, et la cinétique de croissance est la description quantitative de la vitesse à laquelle cette augmentation se produit et de ce qui la limite. Dans une culture fermée (en discontinu), la croissance suit une courbe caractéristique avec des phases de latence, exponentielle, stationnaire et de déclin (ou mort), tandis que la phase exponentielle est caractérisée par un taux de croissance constant et un temps de doublement (ou de génération).

Definition

La croissance bactérienne est l'augmentation ordonnée du nombre de cellules bactériennes dans une population au fil du temps, typiquement par fission binaire ; la cinétique de croissance décrit cette augmentation quantitativement, incluant le taux de croissance, le temps de doublement et la dépendance de la croissance à la concentration du substrat.

Scope

Ce sujet aborde la manière dont les populations bactériennes croissent, les phases de la courbe de croissance en culture discontinue, les aspects mathématiques de la croissance exponentielle et du temps de génération, et la dépendance du taux de croissance vis-à-vis de l'apport en nutriments. Il traite de la croissance au niveau des populations en tant que sujet de référence en microbiologie, et non comme un conseil clinique concernant les infections.

Core questions

• Quelles sont les phases de la courbe de croissance bactérienne en culture discontinue ?
• Comment le taux de croissance exponentielle et le temps de doublement sont-ils définis et mesurés ?
• Comment le taux de croissance dépend-il de la concentration d'un nutriment limitant ?
• Qu'est-ce qui provoque la transition de la croissance exponentielle à la phase stationnaire ?

Key concepts

• Fission binaire
• Phases de latence, exponentielle (logarithmique), stationnaire et de déclin (ou mort)
• Taux de croissance spécifique et temps de doublement (ou de génération)
• Nutriment limitant et saturation du substrat
• Culture discontinue versus culture continue (le chimiostat)
• Réponse stringente et contrôle du taux de croissance

Key theories

Cinétique de croissance de Monod

Monod a décrit comment le taux de croissance spécifique d'une culture bactérienne augmente avec la concentration d'un substrat limitant, approchant un maximum à saturation, fournissant ainsi une loi quantitative reliant la disponibilité des nutriments au taux de croissance.

Mechanisms

La plupart des bactéries se développent par fission binaire, de sorte qu'une population non restreinte augmente de manière exponentielle, doublant à un intervalle constant ; le taux de croissance spécifique détermine cet intervalle. Dans une culture discontinue, la population s'adapte d'abord (phase de latence), puis croît de manière exponentielle, puis se stabilise en phase stationnaire à mesure que les nutriments s'épuisent ou que les déchets s'accumulent, et enfin décline. La cinétique de Monod relie le taux de croissance spécifique à la concentration d'un nutriment limitant, de sorte que la croissance ralentit à mesure que le substrat devient rare (Monod, 1949). Lorsque les nutriments viennent à manquer, la réponse stringente, médiée par la molécule de signalisation (p)ppGpp, reprogramme la cellule pour ralentir la synthèse ribosomale et la croissance (Potrykus & Cashel, 2008).

Clinical relevance

La vitesse à laquelle les bactéries se développent influence la rapidité avec laquelle une infection peut s'établir et le comportement des cultures de laboratoire, et les sous-populations à croissance lente ou non-croissantes sont pertinentes pour comprendre pourquoi certaines infections sont difficiles à éliminer. Ce sujet explique la dynamique de croissance à des fins de compréhension ; il ne fournit pas de recommandations diagnostiques ou thérapeutiques.

History

L'étude quantitative de la croissance bactérienne a été solidement établie par Jacques Monod, dont la thèse de 1942 et la revue de 1949 ont formalisé la courbe de croissance et la dépendance du taux de croissance à la concentration des nutriments (Monod, 1942 ; Monod, 1949). Son cadre, ainsi que le chimiostat à culture continue ultérieur, ont fait de la croissance une variable mesurable et contrôlable. La découverte de la réponse stringente et du (p)ppGpp a ajouté une explication moléculaire de la manière dont les cellules ajustent leur croissance à l'apport en nutriments (Potrykus & Cashel, 2008).

Key figures

• Jacques Monod
• Michael Cashel

Seminal works

• monod-1949
• monod-1942

Frequently asked questions

Quelles sont les quatre phases de la courbe de croissance bactérienne ?

Dans une culture discontinue, les bactéries passent par une phase de latence d'adaptation, une phase exponentielle (logarithmique) de doublement à taux constant, une phase stationnaire où la croissance et la mort s'équilibrent à mesure que les ressources s'épuisent, et une phase de déclin (ou de mort).

Qu'est-ce que le temps de génération ?

Le temps de génération, ou temps de doublement, est l'intervalle requis pour qu'une population bactérienne double en nombre pendant la croissance exponentielle ; il varie considérablement entre les espèces et selon les conditions de croissance.