Bactéries: Approches innovantes en matière de détection et de mouvement microbiens

Par Fouad Sabry

Bactéries-Ce chapitre présente les bactéries, en se concentrant sur leur biologie fondamentale et leur rôle dans les systèmes biohybrides.

Plasticité morphologique bactérienne-découvrez la capacité des bactéries à changer de forme, un facteur clé dans la conception des nageurs biohybrides.

Staphylococcus epidermidis-découvrez l'importance de cette bactérie courante pour la santé humaine et son potentiel dans les applications de micronageurs.

Flavobacteriia-ce chapitre se concentre sur la diversité et l'importance fonctionnelle de Flavobacteriia dans les contextes environnementaux et technologiques.

Écologie orale-comprenez les communautés bactériennes de la bouche humaine et comment elles peuvent éclairer la recherche biohybride et médicale.

Pseudomonas aeruginosa-un examen des comportements de ce pathogène, offrant un aperçu de l'adaptation bactérienne et de l'innovation des micronageurs.

Roberto Kolter-découvrez les contributions de Kolter à la microbiologie, façonnant l'orientation des études biohybrides.

Microbiote-découvrez comment le microbiote influence la santé et le potentiel des bactéries à alimenter les systèmes biohybrides.

Pilus-étudiez le rôle des pili dans la motilité bactérienne, un aspect clé dans la conception des micronageurs biohybrides.

Biofilm-découvrez la formation et les caractéristiques des biofilms, essentiels pour comprendre le comportement bactérien dans les biohybrides.

Bactéries Gram-positives-ce chapitre couvre les caractéristiques distinctes des bactéries Gram-positives et leur rôle dans la bio-ingénierie.

Cellules persistantes-découvrez les stratégies de survie des cellules persistantes, offrant un aperçu de la résilience bactérienne dans les biohybrides.

Culture microbiologique-un aperçu détaillé des techniques de culture, essentielles pour maintenir les systèmes bactériens dans la recherche sur les biohybrides.

Intelligence microbienne-ce chapitre explique comment l'intelligence microbienne peut être appliquée aux biohybrides, améliorant ainsi la fonctionnalité.

Filamentation-comprendre comment la filamentation contribue à la structure bactérienne et comment elle informe la conception biohybride.

Microbiologie-un aperçu général de la microbiologie, en se concentrant sur ses intersections avec la technologie biohybride.

Archées-découvrez les archées, un groupe distinct de micro-organismes, et leur rôle dans l'avancement de la recherche biohybride.

Génétique microbienne-plongez dans la génétique microbienne et comment la manipulation génétique peut améliorer les systèmes biohybrides.

Procaryotes-ce chapitre examine les principes fondamentaux des procaryotes, essentiels à la compréhension des biohybrides bactériens.

Quorum sensing-découvrez comment les bactéries communiquent et coordonnent leur comportement, ce qui est essentiel pour la conception et le fonctionnement des biohybrides.

Procaryotes marins-se concentre sur les procaryotes marins, offrant un aperçu de leurs applications potentielles dans les biohybrides et les micro-nageurs.

• Langue: Français
• Éditeur: Un Milliard De Personnes Informées [French]
• Date de sortie: 10 mars 2025

Aperçu du livre

Chapitre 1 :Bactéries

Les micro-organismes, communément appelés bactéries (/bækˈtɪəriə/ (i) ; sg. : bactérie), sont des organismes omniprésents, principalement libres, qui sont généralement constitués d'une seule cellule biologique. Dans le domaine des microbes procaryotes, ils forment une partie importante. Les bactéries, qui mesurent généralement moins de quelques micromètres de long, ont été parmi les premières formes de vie à apparaître sur Terre et peuvent être trouvées dans la majorité des écosystèmes de la planète. L'air, le sol, l'eau, les sources chaudes acides, les déchets radioactifs et la biosphère profonde de la croûte terrestre sont tous des endroits où l'on peut trouver des bactéries. En raison du fait qu'elles recyclent les nutriments et sont responsables de la fixation de l'azote de l'atmosphère, les bactéries sont un composant essentiel dans de nombreuses étapes du cycle des nutriments. Dans le cadre du cycle nutritionnel, les cadavres sont décomposés en leurs éléments constitutifs ; Les bactéries sont les organismes responsables de l'étape de putréfaction de ce processus. Les bactéries extrêmophiles sont responsables de l'apport des nutriments essentiels au maintien de la vie dans les communautés biologiques situées à proximité des cheminées hydrothermales et des suintements froids. Ces bactéries transforment les produits chimiques dissous, tels que le méthane et le sulfure d'hydrogène, en énergie. Les bactéries peuvent également coexister avec les plantes et les animaux de diverses manières, y compris des partenariats parasitaires, commensales et mutualistes. Un nombre important d'espèces bactériennes ne peuvent pas être cultivées en laboratoire, et la majorité des bactéries n'ont pas été caractérisées. La microbiologie est un sous-domaine qui comprend l'étude des bactéries, appelée bactériologie.

Voir aussi Embranchement.

En 1983, Cavalier-Smith a publié « Bacteria » de Cohn.

1894 : Publication des « Bactéries » de Haeckel

- Cavalier-Smith a sorti « Bacteria » en 2002

- « Bacteriaceae » de Cohn en 1872a

« Bacteriobionta » Mohn, publié en 1984

Les « Bacteriophyta » de Schussnig parurent en 1925.

L'année 1977 « Eubacteria » de Woese et Fox

« Neobacteria » de Mohn a été publié en 1984.

« Schizomycetaceae » de De Toni et Trevisan a été publié en 1889.

— « Schizomycetes » Nägeli, publication de 1857

Comme tous les autres animaux, l'homme contient une quantité importante de germes (environ 1013 à 1014). Il y en a beaucoup sur la peau, mais la majorité se trouve dans le tube digestif. Il existe de nombreuses bactéries utiles, notamment celles que l'on trouve dans l'intestin, et la majorité des bactéries que l'on trouve dans et sur le corps sont soit inoffensives, soit rendues inoffensives par les activités protectrices du système immunitaire. Néanmoins, il existe un certain nombre de types de bactéries qui sont nocives et responsables de maladies infectieuses. Ces maladies comprennent le choléra, la syphilis, l'anthrax, la lèpre, la tuberculose, le tétanos et la peste bubonique. Les troubles infectieux du système respiratoire sont les maladies bactériennes les plus répandues et les plus mortelles. En raison du fait que les antibiotiques sont utilisés dans l'agriculture ainsi que dans le traitement des maladies bactériennes, le problème de la résistance aux antibiotiques devient de plus en plus répandu. La production de fromage et de yogourt par fermentation, la récupération de l'or, du palladium, du cuivre et d'autres métaux dans l'industrie minière (biomining, biolixiviation), ainsi que la production d'antibiotiques et d'autres produits chimiques, sont toutes des applications importantes des bactéries. Les bactéries sont également importantes dans le traitement des eaux usées et la décomposition des déversements de pétrole.

Les procaryotes sont aujourd'hui considérés comme des bactéries, mais dans le passé, ils étaient considérés comme des plantes appartenant à la classe des Schizomycètes (également connus sous le nom de « champignons de fission »). Les cellules bactériennes, contrairement à celles des animaux et d'autres organismes eucaryotes, n'ont pas de noyau et ne contiennent que rarement des organites attachés à des membranes. La catégorisation scientifique des procaryotes a été modifiée après qu'il a été découvert dans les années 1990 que les procaryotes sont composés de deux types de créatures très différents qui se sont développés à partir d'un ancien ancêtre commun. Auparavant, le nom de bactérie était utilisé pour désigner tous les procaryotes. Les bactéries et les archées sont les noms donnés à ces règnes évolutifs spécifiques.

Comme le mot bactérie est la forme plurielle du néo-latin bacterium, qui est la romanisation du mot grec ancien βακτήριοv (baktḗrion). Baktθrion est le diminutif de βακτηρία (baktēría), qui signifie « bâton, canne ». La première bactérie à être identifiée était en forme de bâtonnet.

Les bactéries proviennent de microbes unicellulaires, qui étaient les premières formes de vie à exister sur Terre il y a environ 4 milliards d'années. Les bactéries sont les descendants de ces micro-organismes. Au cours d'environ trois milliards d'années, la majorité des organismes étaient microscopiques, et les formes de vie les plus courantes étaient les bactéries et les archées. Bien qu'il existe des fossiles de bactéries, tels que des stromatolites, il n'est pas possible de les utiliser pour étudier l'histoire de l'évolution bactérienne ou pour déterminer le moment de la formation d'une espèce bactérienne spécifique car ils ne possèdent pas de morphologie caractéristique. Cependant, les séquences génétiques peuvent être utilisées pour reconstruire la phylogénie des bactéries, et les résultats de ces recherches suggèrent que les bactéries se sont d'abord séparées de la branche archée/eucaryote. Il est probable qu'un hyperthermophile qui vivait il y a environ 2,5 à 3,2 milliards d'années était l'ancêtre commun le plus récent (MRCA) des bactéries et des archées. Il est possible que les bactéries aient été les premiers organismes à vivre sur terre il y a environ 3,22 milliards d'années.

La deuxième divergence évolutive majeure, qui s'est produite entre les archées et les eucaryotes, a également été influencée par les bactéries qui ont participé au processus. Dans ce cas particulier, les eucaryotes sont apparus à la suite de l'introduction d'anciennes bactéries dans des relations endosymbiotiques avec les ancêtres des cellules eucaryotes, qui étaient elles-mêmes peut-être liées aux archées. Ce processus a entraîné l'engloutissement de symbiotes alphaprotéobactériens par des cellules proto-eucaryotes, ce qui a entraîné la formation de mitochondries ou d'hydrogénosomes. Ces structures sont encore présentes chez tous les Eucarya connus, bien que sous une forme sévèrement réduite dans certains cas, comme chez les protozoaires anciens appartenant à la catégorie « amitochondriale ». Après un certain temps, certaines créatures eucaryotes qui possédaient déjà des mitochondries ont également ingéré des organismes similaires aux cyanobactéries, ce qui a entraîné la création de chloroplastes dans les algues et les plantes. Le terme pour cette circonstance est endosymbiose primaire.

Les bactéries sont incroyablement courantes et peuvent être trouvées dans tous les habitats possibles sur le globe. Ils peuvent être trouvés dans le sol, sous l'eau, profondément à l'intérieur de la croûte terrestre, et même dans les situations les plus extrêmes, telles que les sources chaudes acides et les déchets radioactifs. Sur Terre, on pense qu'il y a environ 2× 1030 bactéries, qui constituent ensemble une biomasse qui n'est surpassée que par les organismes biologiques. En raison de leur capacité à transformer les molécules dissoutes, telles que le sulfure d'hydrogène et le méthane, en énergie, on les trouve en abondance dans les lacs et les mers, ainsi que dans les glaces arctiques et les sources géothermiques. Ces écosystèmes offrent les nutriments nécessaires à la continuation de la vie. Les plantes et les animaux sont les hôtes de ces organismes. La grande majorité ne causent aucune maladie, sont avantageux pour les habitats dans lesquels ils se trouvent et sont nécessaires à l'existence. On estime que quelques grammes de sol contiennent environ un milliard de bactéries, ce qui en fait une riche réserve de micro-organismes. Ils jouent tous un rôle important dans l'écologie du sol, notamment la décomposition des déchets dangereux et le recyclage des nutriments. Il est également possible de les trouver dans l'atmosphère, où une centaine de millions de cellules bactériennes peuvent être identifiées dans un mètre cube de souffle. Les océans et les mers abritent environ trois milliards et vingt-six bactéries, qui sont responsables de la production de jusqu'à cinquante pour cent de l'oxygène que les gens respirent. Seulement environ deux pour cent des types de bactéries ont été étudiés de manière approfondie.

Taille. Il existe une merveilleuse variété de formes et de tailles que les bactéries peuvent prendre. En moyenne, la longueur des cellules bactériennes varie de 0,5 à 5,0 micromètres, ce qui en fait environ un dixième de la taille des cellules eucaryotes en volume. Cependant, il existe quelques espèces qui peuvent être vues à l'œil nu. Par exemple, Thiomargarita namibiensis peut atteindre une longueur d'un demi-millimètre, Epulopiscium fishelsoni peut atteindre une longueur de 0,7 millimètre et Thiomargarita magnifica peut atteindre une longueur de 2 centimètres, ce qui est environ cinquante fois plus long que les autres bactéries connues. Il y a des membres du genre Mycoplasma qui sont parmi les plus petites bactéries. Ils ne mesurent que 0,3 micromètre, ce qui est exactement la taille des plus grands virus. Il est possible que certaines bactéries soient encore plus petites, mais les ultramicrobactéries n'ont pas fait l'objet de recherches approfondies.

Forme ou forme. Les bacilles sont des bactéries en forme de bâtonnet, et la majorité des espèces bactériennes sont soit sphériques, appelées cocci (du mot grec kókkos, qui signifie grain ou graine), soit en forme de bâtonnet, connues sous le nom de bacilles (du mot latin baculus, qui signifie bâton). Certaines bactéries, connues sous le nom de vibrio, ont l'apparence de bâtonnets ou de virgules légèrement incurvés, tandis que d'autres peuvent être en forme de spirale, connue sous le nom de spirille, ou étroitement enroulées, appelées spirochètes. Les spinosaètes sont le type de bactérie le plus courant. Les bactéries en forme d'étoile sont un exemple des formes uniques qui ont été décrites, ainsi que quelques autres formes inhabituelles. Cette énorme diversité de formes est déterminée par le cytosquelette et la paroi cellulaire des bactéries. Il est important car il peut influencer la capacité des bactéries à collecter des nutriments, à se fixer aux surfaces, à nager dans les liquides et à échapper aux prédateurs.

La présence de plusieurs cellules. Neisseria crée des diploïdes, qui sont comme des paires ; les streptocoques forment des chaînes ; et les staphylocoques se regroupent dans ce qu'on appelle des grappes de « grappes de raisin ». La majorité des espèces bactériennes existent sous forme de cellules uniques, tandis que certaines s'associent selon des motifs distinctifs. Les filaments allongés des espèces d'Actinomycetota, l'agrégation des espèces de myxobactéries et les hyphes complexes des espèces de Streptomyces sont tous des exemples de structures multicellulaires plus grandes qui peuvent être formées par des bactéries lorsqu'elles se rassemblent en groupes. Ces formations composées de plusieurs cellules ne sont généralement observées que dans des circonstances spécifiques. Les myxobactéries, par exemple, sont capables de détecter les cellules voisines par un mécanisme connu sous le nom de détection du quorum lorsqu'elles sont privées d'acides aminés. Ils migrent ensuite l'un vers l'autre et s'agrègent pour créer des fructifications pouvant mesurer jusqu'à 500 micromètres de long et contenir environ 100 000 cellules bactériennes. Différentes tâches sont effectuées par les bactéries au sein de ces fructifications. Par exemple, environ une cellule sur dix migre vers le sommet d'un corps de fructification et se développe dans un état inactif spécialisé connu sous le nom de myxospore. Cette myxospore est plus résistante au dessèchement et à d'autres conditions environnementales défavorables.

Le terme « biofilms » Les biofilms sont des agrégations denses de bactéries qui se forment lorsque les bactéries se fixent sur des surfaces. Les tapis microbiens sont des formes plus grandes qui sont également formées par des bactéries. Il est possible que ces biofilms et tapis contiennent plusieurs espèces de bactéries, de protistes et d'archées. Leur épaisseur peut varier de quelques micromètres à un demi-mètre, et leur profondeur peut aller jusqu'à un demi-mètre. Les bactéries qui vivent dans les biofilms présentent un arrangement complexe de cellules et de composants extracellulaires, ce qui entraîne la formation de structures secondaires telles que des microcolonies. Ces microcolonies contiennent des réseaux de canaux qui permettent un meilleur transport des nutriments. Dans le milieu naturel, la majorité des bactéries sont liées aux surfaces sous forme de biofilms. Des exemples de tels paramètres incluent le sol et les surfaces des plantes. Les biofilms sont particulièrement essentiels dans le domaine de la médecine, car ces structures sont fréquemment retrouvées au cours d'infections bactériennes chroniques ou dans des infections causées par des dispositifs médicaux implantés. De plus, les bactéries protégées dans les biofilms sont beaucoup plus difficiles à éradiquer que les bactéries isolées individuellement.

Une membrane cellulaire, composée majoritairement de phospholipides, entoure la cellule bactérienne et la protège de l'environnement. Le contenu de la cellule est enfermé dans cette membrane, qui sert également de barrière pour empêcher le cytoplasme de laisser échapper des nutriments, des protéines et d'autres composants nécessaires au bon fonctionnement de la cellule. Les bactéries, contrairement aux cellules eucaryotes, ne contiennent généralement pas de grandes structures membranaires dans leur cytoplasme. Ces structures comprennent un noyau, des mitochondries, des chloroplastes et d'autres organites que l'on trouve dans les cellules eucaryotes. Le carboxysome est un exemple d'organite lié aux protéines que l'on peut trouver dans le cytoplasme de certaines bactéries. Ces organites sont responsables de la compartimentation de nombreux éléments du métabolisme bactérien. De plus, les bactéries possèdent un cytosquelette à plusieurs composants qui est responsable de la gestion du processus de division cellulaire ainsi que du contrôle de la localisation des protéines et des acides nucléiques au sein de la cellule.

De nombreuses activités biologiques importantes, telles que la création d'énergie, ont lieu à la suite des gradients de concentration présents à travers les membranes. Ces gradients génèrent une différence de potentiel comparable à celle d'une batterie. Parce que les bactéries, en général, ne possèdent pas de membranes internes, les réactions qui se produisent, telles que le transport des électrons, ont lieu à travers la membrane cellulaire, qui est située entre le cytoplasme et le périplasme, qui est l'extérieur de la cellule. D'autre part, la membrane plasmique de nombreuses bactéries photosynthétiques est très plissée et recouvre la majorité de la cellule de couches de membrane collectrice de lumière. Il est même possible que ces complexes collecteurs de lumière génèrent des chlorosomes, qui sont des structures enfermées dans des lipides et que l'on trouve dans les bactéries soufrées vertes.

Le matériel génétique des bactéries est normalement un seul chromosome bactérien circulaire d'ADN qui est situé dans le cytoplasme dans une structure de forme irrégulière appelée nucléoïde. Les bactéries n'ont pas de noyau attaché à une membrane. Les chromosomes, ainsi que les protéines et l'ARN qui leur sont associés, se trouvent dans le nucléoïde. La structure du ribosome chez les bactéries est distincte de celle des cellules eucaryotes et archées, malgré le fait que les bactéries, comme toutes les autres espèces, incluent des ribosomes puisqu'ils sont responsables de la création des protéines.

Le glycogène, le polyphosphate, le soufre et les polyhydroxyalcanoates sont des exemples de ce que l'on appelle des granules de stockage de nutriments intracellulaires, qui sont produits par certaines bactéries. Un certain nombre de bactéries, y compris les cyanobactéries photosynthétiques, sont capables de produire des vacuoles gazeuses internes. Ces vacuoles sont utilisées par les bactéries afin de moduler leur flottabilité, ce qui leur permet de migrer vers le haut ou vers le bas dans des couches d'eau contenant divers degrés d'intensité lumineuse et de nutriments.

Le terme « paroi cellulaire » fait référence à la structure qui entoure la membrane cellulaire. Le peptidoglycane, également connu sous le nom de murein, est le composant qui constitue les parois cellulaires des bactéries. Le peptidoglycane est composé de chaînes polysaccharidiques réticulées par des peptides comprenant des acides aminés D. Contrairement aux parois cellulaires des plantes et des champignons, qui sont composées respectivement de cellulose et de chitine, les parois cellulaires des bactéries sont en réalité composées d'une substance différente. Par rapport aux parois cellulaires de l'achaïe, qui ne possèdent pas de peptidoglycane, les parois cellulaires des bactéries sont également facilement distinguables. La pénicilline, un antibiotique fabriqué par un champignon appelé Penicillium, est capable de tuer les bactéries en empêchant une étape de la fabrication du peptidoglycane. En effet, la paroi cellulaire est cruciale pour la survie de nombreux types de bactéries.

Les bactéries à Gram positif et à Gram négatif sont classées en fonction du type de paroi cellulaire qu'elles possèdent. En général, il existe deux types distincts de parois cellulaires que les bactéries doivent posséder. La réaction des cellules à la coloration de Gram, qui a été utilisée pour la classification des espèces bactériennes pendant très longtemps, est à l'origine des noms d'où elles proviennent.

Une paroi cellulaire épaisse composée de nombreuses couches de peptidoglycane et d'acides teichoïques est possédée par des bactéries à Gram positif. Les bactéries à Gram négatif, en revanche, ont une paroi cellulaire relativement mince et composée de quelques couches de peptidoglycane. Cette paroi cellulaire est bordée d'une seconde membrane lipidique qui contient des lipopolysaccharides et des lipoprotéines. Seuls les membres du groupe Bacillota et de l'actinomycetota, qui étaient autrefois appelés respectivement bactéries à Gram positif à faible G+C et à G+C élevé, possèdent l'arrangement alternatif à Gram positif. La majorité des bactéries possèdent la paroi cellulaire à Gram négatif. En raison de ces changements structurels, la sensibilité aux antibiotiques peut varier d'une souche de bactérie à une autre. Par exemple, la vancomycine est exclusivement efficace contre les bactéries à Gram positif et est inefficace contre les agents pathogènes à Gram négatif comme Haemophilus influenzae et Pseudomonas aeruginosa. Certaines bactéries ont des topologies de paroi cellulaire qui ne sont ni Gram positif ni Gram négatif au sens traditionnel. Cette catégorie englobe les bactéries cliniquement significatives, telles que les mycobactéries, qui possèdent une paroi cellulaire épaisse de peptidoglycane similaire à celle d'une bactérie à Gram positif, mais possèdent en outre une deuxième couche externe composée de lipides.

Une couche S composée de molécules de protéines disposées en un réseau rigide recouvre l'extérieur de la cellule dans de nombreux types de bactéries. La surface cellulaire est protégée des dangers chimiques et physiques par cette couche, qui a également le potentiel de fonctionner comme une barrière pour la diffusion des macromolécules. On sait que les couches S fonctionnent comme des facteurs de virulence chez les espèces de Campylobacter et contiennent des enzymes de surface chez Bacillus stearothermophilus. Les couches S ont une variété de rôles et sont connues pour exercer ces fonctions.

Le mouvement d'un organisme s'effectue par l'intermédiaire de flagelles, qui sont des structures protéiques rigides mesurant environ 20 nanomètres de diamètre et jusqu'à 20 micromètres de longueur. Les flagelles sont propulsés par l'énergie libérée à la suite du mouvement des ions à travers la membrane cellulaire, qui est associé à un gradient électrochimique.

Le terme « pili d'attachement » est fréquemment utilisé pour désigner les fimbriae, qui sont de minces filaments de protéines dont le diamètre varie généralement de 2 à 10 nanomètres et peuvent atteindre plusieurs micromètres. Lorsqu'ils sont observés à l'aide d'un microscope électronique, ils ont l'apparence de poils fins et sont dispersés à la surface de la cellule. En ce qui concerne la pathogénicité de certaines maladies bactériennes, on pense que les fimbriae jouent un rôle dans la fixation sur des surfaces solides ou sur d'autres cellules. De plus, ils sont nécessaires pour le processus de fixation. Les pilis sont des appendices cellulaires légèrement plus gros que les fimbriae. Ils sont capables de transférer du matériel génétique entre les cellules bactériennes par un processus connu sous le nom de conjugaison, où ils sont appelés pili de conjugaison ou pili sexuels (pour plus d'informations sur la génétique bactérienne, voir la section ci-dessous concernant la génétique bactérienne). Ils sont également capables de générer du mouvement, c'est pourquoi ils sont appelés pili de type IV.

Le glycocalyx est formé par une grande variété de bactéries afin d'encercler leurs cellules. La complexité structurelle du glycocalyx peut aller d'une couche visqueuse désorganisée composée de composants polymères extracellulaires à une capsule hautement structurée. Ces structures ont la capacité d'empêcher les cellules eucaryotes, telles que les macrophages, qui sont un composant du système immunitaire humain, d'interagir avec les cellules et de les consommer. De plus, ils ont la capacité de fonctionner comme des antigènes et de jouer un rôle dans la reconnaissance cellulaire. De plus, ils peuvent faciliter la fixation aux surfaces et être impliqués dans la création de biofilms.

La formation de ces structures extracellulaires dépend des systèmes de sécrétion responsables des micro-organismes. Ceux-ci sont responsables du transport des protéines du cytoplasme vers le périplasme ou vers l'environnement qui entoure la cellule. On sait qu'il existe de nombreux types de systèmes de sécrétion, et parce que ces structures sont souvent nécessaires à la pathogénicité des infections, elles font l'objet de recherches approfondies.

Il existe plusieurs genres de bactéries à Gram positif capables de produire des endospores, qui sont des structures très résistantes et dormantes. Ces bactéries comprennent Bacillus, Clostridium, Sporohalobacter, Anaerobacter et Heliobacterium. Les endospores se forment dans le cytoplasme de la cellule ; Dans la plupart des cas, une seule endospore est responsable du développement de chaque cellule. Dans chaque endospore, il y a un noyau composé d'ADN et de ribosomes. Ce noyau est entouré d'une couche corticale et est recouvert d'un revêtement rigide multicouche composé de peptidoglycane et d'un grand nombre de protéines.

Les endospores sont capables de supporter des défis physiques et chimiques difficiles, notamment de grandes quantités de lumière ultraviolette, de rayons gamma, de détergents, de désinfectants, de températures chaudes, de températures glaciales, de pression et de dessiccation. Les endospores ne présentent aucune activité métabolique observable. Il est possible que ces organismes continuent d'exister pendant des millions d'années sous cette forme latente. Il est même possible que les bactéries survivent à l'exposition aux radiations et au vide de l'espace lointain grâce aux endospores. Cela ouvre la porte à la possibilité que les bactéries puissent être dispersées dans le cosmos par l'utilisation de poussière spatiale, de météorites, d'astéroïdes, de comètes, de planétoïdes ou même par panspermie dirigée.

Il existe un certain nombre de maladies qui peuvent être causées par des bactéries qui produisent des endospores. Par exemple, l'anthrax peut être contracté par l'inhalation d'endospores de Bacillus anthracis. Le tétanos, qui est causé par la contamination de plaies perforantes profondes par des endospores de Clostridium tetani, est similaire au botulisme en ce sens qu'il est causé par une toxine libérée par les bactéries qui se développent à partir des spores. L'infection à Clostridium difficile, qui est une préoccupation courante dans les milieux de soins, est causée par des bactéries qui produisent des spores.

Les processus métaboliques dans lesquels les bactéries s'engagent sont extrêmement divers et étendus. La distribution des caractéristiques métaboliques au sein d'un ensemble de bactéries a traditionnellement été utilisée pour établir la taxonomie de ces bactéries ; Cependant, ces traits ne coïncident souvent pas avec les catégories génétiques utilisées aujourd'hui. La source d'énergie, les donneurs d'électrons utilisés et la source de carbone utilisée pour la croissance sont les trois principaux critères utilisés dans la classification du métabolisme bactérien par l'utilisation de catégories nutritionnelles.

Grâce au processus de photosynthèse, les bactéries phototrophes sont capables d'obtenir de l'énergie à partir de la lumière. D'autre part, les bactéries chimiotrophes sont capables de décomposer les composés chimiques par le processus d'oxydation. Ce processus stimule le métabolisme en transportant les électrons d'une source d'électrons donnée vers un accepteur d'électrons terminal par une réaction d'oxydoréduction. Une autre façon de catégoriser les chimiotrophes est de les classer en fonction des types de molécules qu'ils emploient pour transférer des électrons. Les bactéries qui obtiennent des électrons à partir de produits chimiques inorganiques comme l'hydrogène, le monoxyde de carbone ou l'ammoniac sont appelées lithotrophes. D'autre part, les bactéries qui utilisent des composés organiques sont appelées organotrophes. De plus, pour être plus précis, les espèces aérobies utilisent l'oxygène comme accepteur terminal d'électrons, tandis que les organismes anaérobies utilisent d'autres substances telles que le nitrate, le sulfate ou le dioxyde de carbone.

Les bactéries hétérotrophes sont de nombreux types de bactéries qui obtiennent leur carbone à partir d'autres sources de carbone organique. Il existe également certaines bactéries autotrophes, ce qui signifie qu'elles reçoivent leur carbone cellulaire en fixant le dioxyde de carbone. Ces bactéries comprennent les cyanobactéries et certaines bactéries violettes. Dans des cas exceptionnels, les bactéries méthanotrophes ont la capacité d'utiliser le méthane gazeux à la fois comme source d'électrons et comme substrat pour le processus d'anabolisme du carbone.

Le métabolisme bactérien, à bien des égards, fournit des caractéristiques bénéfiques au maintien de l'équilibre écologique ainsi qu'à la société humaine. En utilisant l'enzyme nitrogénase, par exemple, les diazotrophes sont capables de fixer l'azote gazeux par leurs processus métaboliques. Cette caractéristique, que l'on peut trouver chez les bactéries de la majorité des types métaboliques énumérés ci-dessus, est responsable des processus écologiquement significatifs de dénitrification, de réduction des sulfates et d'acétogenèse, respectivement au sein de la communauté bactérienne. Lorsqu'il s'agit de réactions biologiques à la pollution, les processus métaboliques bactériens jouent un rôle important. Par exemple, les bactéries sulfato-réductrices sont principalement responsables de la création des formes hautement toxiques du mercure (méthylmercure et diméthylmercure) que l'on trouve dans l'environnement. Les anaérobies non respiratoires génèrent de l'énergie et réduisent la puissance par le processus de fermentation, et ils sécrètent des sous-produits métaboliques sous forme de déchets. Par exemple, l'éthanol est produit pendant le processus de brassage. En réponse aux conditions environnementales dans lesquelles ils se trouvent, les anaérobies facultatifs ont la capacité de basculer entre la fermentation et divers accepteurs d'électrons terminaux.

L'augmentation de la taille des cellules (croissance cellulaire) et la reproduction par division cellulaire sont étroitement liées chez les créatures unicellulaires, contrairement à la relation plus complexe qui existe chez les espèces multicellulaires. Après avoir atteint une certaine taille, les bactéries se reproduisent en utilisant un processus connu sous le nom de fission binaire, qui est un exemple de reproduction asexuée. En présence de conditions favorables, les bactéries sont capables de subir une croissance et une division rapides, certaines populations de bactéries pouvant doubler de taille aussi rapidement que toutes les 17 minutes. Au cours du processus de division cellulaire, deux cellules filles du même clone se forment. Même si elles continuent à se reproduire de manière asexuée, certaines bactéries développent des structures reproductrices plus compliquées qui aident à la dissémination des cellules filles nouvellement créées au sein de la population. Les myxobactéries sont responsables de la production de fructifications, tandis que les espèces de Streptomyces sont responsables de la formation d'hyphes aériens, également connus sous le nom de bourgeonnement. La formation d'une saillie par une cellule, qui se sépare ensuite et donne naissance à une cellule fille, est ce qu'on appelle le