If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Si vous avez un filtre web, veuillez vous assurer que les domaines *. kastatic.org et *. kasandbox.org sont autorisés.

Contenu principal

Interactions et écologie des procaryotes

La coopération et la "multicellularité" dans les procaryotes. Mutualisme, commensalisme, parasitisme. Cycles du carbone et de l'azote.

Les points clés :

  • Les bactéries peuvent être très coopératives. Certaines forment même des structures tellement organisées qu'elles ressemblent à un tissu multicellulaire.
  • Les biofilms sont des collections de microorganismes attachés à un substrat qui adhèrent entre eux et échangent des éléments nutritifs.
  • Certains procaryotes forment des associations fortes avec des plantes, des animaux ou des champignons. Elles peuvent être soit mutualistes (+/+), commensales (+/0), ou parasites (+/-).

Les bactéries : étonnamment interactives !

Quand on entend bactérie, quel est le premier mot qui vient à l'esprit ? Il y a de grandes chances que ce ne soit pas coopérative. Cependant, les bactéries et autres procaryotes (archées) se montrent sociales et coopératives, beaucoup plus que ce que les biologistes ne pensaient au départ.
Certaines bactéries coopèrent en groupes, divisant les tâches métaboliques et partageant les produits du métabolisme. D'autres forment des associations coopératives avec un organisme hôte (bien que certaines forment parfois des associations neutres ou délétères).
Dans cet article, on explorera d'abord comment les bactéries coopèrent entre elles et forment des groupes organisés (parfois même presque "pluricellulaires"). Puis on regardera les différentes façons dont elles interagissent avec d'autres espèces.

Coopération et "pluricellularité" chez les bactéries

Les bactéries tirent le plus vouent profit d'une coopération entre elles. Cette coopération peut être légère, ou peut être coordonnée à un tel point qu'elle ressemble à la pluricellularité eucaryote !
Voici des exemples de coopération bactérienne : on jugera par soi-même si on peut les compter comme multicellulaires ou pas (c'est une question actuelle et controversée en biologie).1,2

Myxobactéries

Les myxobactéries sont des bactéries des sols qui interagissent pour former des groupes coordonnés (parfois même des structures complexes avec des cellules spécialisées). Quand il y a beaucoup de ressources disponibles, les myxobactéries forment des groupes appelés colonies. Une colonie se déplace de manière coordonnée et se nourrit en sécrétant des enzymes digestives dans le sol et en absorbant la matière digérée.3
Les myxobactéries Myxococcus xanthus, forment des corps de fructification (structures jaunes en forme de sacs) lorsque les ressources se font rares. Les corps de fructification contiennent des myxospores résistantes qui germeront quand les ressources seront de nouveau disponibles, reformant une colonie.
_Crédit image : "Myxococcus xanthus" de Michiel Vos (CC BY 2.5)._
Si les ressources viennent à manquer, les myxobactéries s'agrègent pour former des structures de type multicellulaire appelées corps de fructification (voir l'image ci-dessous). À l'intérieur des corps de fructification, les cellules se transforment en structures apparentées à des spores appelées myxospores. Chaque myxospore possède une paroi cellulaire épaisse qui lui permet de survivre longtemps. Quand les ressources redeviennent disponibles, les myxospores germent et une nouvelle colonie se développe.3

Cyanobactéries

Les cyanobactéries du genre Anabaena ne se séparent pas individuellement quand elles se reproduisent par scissiparité (division cellulaire bactérienne). Elles adhèrent ensemble sous forme de chaînes de cellules connectées comme illustrées dans l'image ci-dessous.
Les cyanobactéries Anabaena forment des chaînes interconnectées de deux types de cellules : les cellules photosynthétiques et les hétérocystes. Les premiers produisent seulement des sucres et les deuxièmes fixent seulement l'azote. Toutes les cellules d'une chaîne partagent leurs produits métaboliques entre elles.
_Image modifiée de "Anabaena circinalis" de Imre Oldal (CC BY-SA 4.0). l'image modifiée est enregistrée sous une licence CC BY-SA 4.0._
Les cellules de cyanobactéries ont la capacité à la fois d'effectuer la photosynthèse et de fixer l’azote. Toutefois, une cellule seule ne peut pas faire les deux à la fois, parce que l’oxygène libéré au cours de la photosynthèse bloque la fixation de l’azote (altère les enzymes fixatrices d’azote). 4
Pour contourner ce problème, lorsque la disponibilité de l’azote dans l’environnement est moindre, certaines cellules de la chaîne se transforment en des cellules appelées hétérocystes. Les hétérocystes sont spécialisés dans la fixation de l’azote, contrairement au reste des cellules de la chaîne, qui effectuent la photosynthèse. 5

Biofilms

Un biofilm est une collection de microorganismes de surface maintenus ensemble par une substance gluante (principalement sucrée) qu'ils sécrètent eux-mêmes. Très souvent les biofilms se forment via la détection du quorum bactérien. Au cours de ce phénomène, les bactéries échangent continuellement des signaux qui leur permettent de détecter la densité de la population, et elles changent de comportement lorsque la densité dépasse une certaine limite.
Les biofilms contiennent souvent de multiples types de bactéries ou de microorganismes. Parfois les différents membres du biofilm sont métaboliquement complémentaires, l'un produisant des molécules que l'autre peut utiliser. Les biofilms ont généralement des canaux perméables à l'eau pour l'échange des éléments nutritifs et des déchets, que les biologistes comparent à un "système circulatoire primitif".6
La plupart des bactéries dans la nature vivent probablement sur des surfaces plutôt que sous forme flottante, donc les biofilms se retrouvent littéralement partout. Ils se forment sur les surfaces de la maison telles que sur les plans de cuisines, les planches à découper, les éviers ou encore les toilettes. Même la plaque que les dentistes enlèvent des dents est un biofilm !
Un biofilm de bactéries Staphylococcus aureus. Le biofilm est constitué de cellules collées ensemble par une matrice polysaccharidique.
_Crédit image : "biofilm de Staphylococcus aureus ", the Centers for Disease Control and Prevention (domaine public)._
Les biofilms font l'objet d'une plus grande attention lorsqu'ils causent des problèmes. Les biofilms pathogènes (provoquant des maladies) tels que les biofilms de Staphylococcus illustré ci-dessus causent de sérieux problèmes dans les hôpitaux. Ils sont très difficiles à éliminer avec des antibiotiques et peuvent entraîner des infections persistantes s'ils contaminent l'équipement médical comme des cathéters. D'autres biofilms peuvent corroder les tuyaux en métal et abîmer l'équipement industriel.
Cependant certains biofilms ont des applications bénéfiques. Par exemple les biofilms sont utilisés dans le traitement de l'eau pour éliminer la matière organique provenant des eaux usées.

Multicellulaire ou pas ?

Dans les exemples ci-dessus, les bactéries interagissent en collaboration. Dans une certaine mesure, le comportement social des cellules dans un biofilm est analogue à la coopération de cellules dans un organisme multicellulaire. Les Anabaena et myxobactéries sont donc pour certains encore plus proches de la pluricellularité.
Certains scientifiques soutiennent que ces bactéries coopératives peuvent être qualifiées d’organismes multicellulaires. D’autres cependant, disent que les procaryotes ne peuvent pas vraiment être multicellulaires, et que ce sont juste des groupes d’individus coopérants (par exemple, comme des fourmis dans une fourmilière). Le jury n'est toujours pas constitué, donc vous seul êtes juge !

Les interactions bactériennes : mutualisme, commensalisme et parasitisme

On vient de voir des cas spéciaux dans lesquels les bactéries interagissaient pour former des associations organisées (on ose dire multicellulaire ?). Cependant beaucoup de types de bactéries forment aussi des liaisons fortes avec des espèces eucaryotes comme les êtres humains, en vivant notamment à l'intérieur.
Les trois principaux modes d'interactions écologiques entre les espèces sont le mutualisme, le commensalisme et le parasitisme. Les bactéries peuvent être impliquées dans ces trois types d'interaction. En fait les êtres humains sont en contact avec beaucoup de bactéries via des interactions de chacune de ces catégories !

Le mutualisme

Certaines bactéries développent des mutualismes, des relations mutuellement bénéfiques (+/+) entre deux organismes.
Par exemple, les bactéries du genre Ruminococcus vivent dans l'intestin des vaches et décomposent la cellulose, un sucre provenant de l'herbe, en une forme utilisable par la vache. Sans ces bactéries, les vaches ne pourraient pas digérer l'herbe qu'elles mangent ! En retour, les bactéries reçoivent des nutriments et un endroit sûr pour vivre (l'intestin de la vache).7

Le commensalisme

Les bactéries peuvent aussi former des commensalismes, c'est-à-dire des relations bénéfiques pour un seul partenaire tandis que l'autre n'est pas affecté (+/0).
Les êtres humains ont par exemple des millions de bactéries vivant dans et sur leurs corps, dont beaucoup sont considérées comme ayant une relation commensale avec eux (par exemple en se nourrissant de cellules mortes ou de produits métaboliques). Mais il est courant que ces relations commensales se révèlent être en fait légèrement mutualistes ou parasitiques (voir ci-dessous) lorsqu'on les examine plus attentivement.

Le parasitisme

Un parasitisme est une relation entre un organisme qui en bénéficie et un autre pour qui elle est néfaste (+/-). Les bactéries interagissant par parasitisme sont celles avec lesquelles on est le plus familier, et celles qui donnent à l'ensemble des bactéries leur mauvaise réputation de méchants "microbes" : les bactéries pathogènes.
Les bactéries responsables de maladies humaines prennent les ressources du corps humain et attaquent leur hôte d'autres manières encore, si bien qu'elles induisent les symptômes pour le moins désagréables d'une infection bactérienne.
Les bactéries pathogènes peuvent affecter leur hôte de différentes manières, comme en envahissant les tissus, en produisant des toxines ou encore en causant directement des dommages aux cellules hôtes.9,10 Certaines bactéries comme les Rickettsia sp. responsables du typhus, pénètrent même directement à l'intérieur des cellules de leur hôte.
Division de Toxoplasma gondii marqués par fluorescence. _Crédit image : "Toxoplasma gondii", de Ke Hu & John M. Murray (CC BY 4.0)._11

Test de compréhension

  1. Les myxobactéries sont des bactéries du sol qui vivent en groupe coopératif appelé colonie. Quand les ressources deviennent rares, des individus fusionnent pour former un corps de fructification, une structure pluricellulaire dans laquelle certaines cellules se transforment en spores (structures spécialisées avec des parois cellulaires épaisses qui résistent à des conditions difficiles). Quand les conditions redeviennent favorables, ces spores germent et forment de nouvelles colonies.
Comment la formation de corps de fructification permet-elle aux myxobactéries de survivre ?
Choisissez toutes les réponses possibles :


Vous souhaitez rejoindre la discussion ?

Pas encore de posts.
Vous comprenez l'anglais ? Cliquez ici pour participer à d'autres discussions sur Khan Academy en anglais.