Ministère de l’enseignement République du Mali
supérieur et de la recherche scientifique « Un Peuple-Un But-Une Foi »
**********************
Université des sciences des techniques
et des technologies de Bamako
(USTTB)
********************** Encadré par : Pr Lassana B Traoré
Faculté des sciences et des techniques
(FST) et Dr Yaya Bouaré
DER : Biologie
Classe : Licence Biochimie-Microbiologie (LBM)S5
Groupe : XII
Exposé de microbiologie (bactériologie)
Date : Bamako, le 15 Janvier 2018
Microbiologie : Bactériologie
EXPOSE SUR LA PRODUCTION DE SULFURE
LES BACTERIES SULFATO-REDUCTRICES
PLAN DU TRAVAIL
IV. ECOLOGIE :
V. LES FACTEURS ENVIRONNANTS INFLUENCANT LE DEVELOPPEMENT DES SULFATO-REDUCTEURS :
Le terme « bactéries sulfato-réductrices » décrit un ensemble plutôt hétérogène de micro-organismes anaérobies stricts, qui possèdent en commun un métabolisme dissimilatif des sulfates. En 1895 Beijerinck, a été le premier à isoler une bactérie réduisant les sulfates en sulfures et à établir un lien entre le processus biologique de formation de sulfures et l’existence d’un groupe de micro-organismes anaérobies réalisant cette transformation.
II. CLASSIFICATION :�
La classification des différents types de bactéries sulfato-réductrices est fondée principalement sur des caractéristiques nutritionnelles et morphologiques, mais elle tient compte également de critères chimiques tels que le contenu en guanine et cytosine de l’ADN et de la présence de pigments spécifiques. La classification n’est pas simple, car certaines bactéries présentent le même type morphologique mais différent par leur mode nutrition et inversement des bactéries qui ont le même type nutritionnel diffèrent par leur morphologie. La présence de pigments caractéristiques ne s’accorde pas toujours avec les groupes précédemment définis. Afin de ne pas sous-estimer le caractère phylogénétique des différentes souches, une classification future s’ordonnera probablement à partir de données comme l’hybridation ADN/rARN ou à partir de la séquence des oligonucléotides des ARN ribosomaux.
Les bactéries sulfato-réductrices se répartissent en deux grands groupes nutritionnels. Le premier comprend des espèces qui oxydent partiellement leurs substrats carbonés jusqu’à la formation d’acétate et contient 5 genres: Desulfovibrio, Desulfomonas, Thermodesulfobacterium et Desulfobulbus. Le second groupe contient des espèces qui oxydent complètement les substrats carbonés y compris l’acétate jusqu’à la formation de dioxyde de carbone et comprend également 5 genres : Desulfo-bacter, Desulfococcus, Desulfosarcina, Desulfobacterium et Desulfonema. Cependant quelques espèces appartenant aux genres Desulfovibrio et Desulfotomaculum oxydent aussi complètement les substrats carbonés.
Récemment une nouvelle souches appartenant au genre Desulfovibrio a été isolée : Desulfodismutant, capable de réaliser sa croissance à partir de la « disproportionnassions »du thiosulfate ou du sulfite en sulfate et sulfure. Au cours de cette réaction la souche a besoin d’acétate comme source de carbone mais celui-ci n’est pas utilisé comme source d’énergie. Une nouvelle bactérie thermophile obtenant son énergie de la réduction de composés soufrés tels que le sulfate, le sulfite et le thiosulfate et produisant des traces de méthane a été également décrite récemment, et appelée Archaeoglobus souche VC- 16.
III. METABOLISME :
Les donneurs d’électrons utilisés par les bactéries sulfato-réductrices sont toujours des composés de faibles poids moléculaires, ce sont généralement les produits de fermentation issus de la dégradation bactérienne anaérobie, des carbohydrates, des protéines ou d’autres composants de la biomasse morte. La cellule bactérienne se procure de l’énergie lors de l’oxydation des molécules organiques par phosphorylation au niveau du substrat et lors de la réduction des sulfates par phosphorylation liée au transfert des électrons. Lorsque les sulfato-réducteurs utilisent l’hydrogène et l’acétate comme seuls donneurs d’électrons,
l’ATP est alors produit uniquement lors de la réduction des sulfates, puisque l’oxydation de ces substrats ne peut être copulée à une production d’ATP par phosphorylation au niveau du substrat. Les bactéries sulfato-réductrices peuvent oxyder des composés organiques comme le propionate, le butyrate, les acides gras à longues chaines ou les acides organiques phénylsubstitués mais aussi des composés très énergétiques comme le lactate, l’éthanol, le pyruvate, le malate, le fumarate, le glycérol, la choline et des acides aminés.
L’accepteur d’électron universel, utilisé par tous les sulfato-réducteurs, est évidemment, le sulfate. Il est réduit entièrement en sulfure. Une faible production de sulfite et de thiosulfate au cours de la croissance de Desulfovibrio desulfuricans n’ été mentionnée qu’une seule fois.
Les étapes de la production du sulfate peuvent se schématiser comme suit :
ATP + SO4¯¯ APS + PPi ATP sulfurylase
PPi + H2O 2Pi Pyrophosphatase inorganique
APS + 2e- AMP +SO3¯¯ APS réductase
HSO3¯ + 6Hᶧ + 6e¯ HS¯ + 3H2O Bisulfite réductase
La plupart des bactéries sulfato-réductrices peuvent réduire le sulfite ou le thiosulfate à la place du sulfate, avec des rendements cellulaires par mole de donneur d’électrons réduits, supérieurs à ceux obtenus sur sulfate.
En effet la première étape de la réduction du sulfate nécessite une mole d’ATP pour l’activation du sulfate en adénosine phosphosulfate (APS), alors que dans les étapes suivantes où le sulfite et le thiosulfate sont probablement des intermédiaires, il y a au contraire production d’ATP.
Deux hypothèses ont été émises pour expliquer la réduction des sulfites en sulfures :
SO3¯¯ 2e- S3O6¯¯ 2e- SO3¯¯ + S2O3¯¯ 2e- S¯¯ + SO3¯¯
Bisulfite Trithionate thiosulfate
réductase réductase réductase
En absence d’accepteurs d’électrons plusieurs souches peuvent se développer par voie fermentative avec un certain nombre de substrats organiques comme le fumarate, le malate, le pyruvate, la choline, la cystéine et en présence de CO2, le lactate et l’éthanol.
Quelques bactéries du genre Desulfovibrio, incapables de réaliser la fermentation de substrats organiques, peuvent en l’absence de sulfate, et en association syntrophique avec des bactéries méthanogènes utilisatrices de l’hydrogène produit par les sulfato-réducteurs, se développer sur ces mêmes substrats grâce à un transfert interspécifique d’hydrogène.
IV. ECOLOGIE:
Pour se développer les bactéries sulfato-réductrices ont besoin de d’un environnement anaérobie, contenant des molécules organiques et du sulfate. Comme elles n’oxydent que des molécules à faible poids moléculaire, leur développement dépendent des bactéries fermentatives responsables de la dégradation en petites molécules des polymères issus de la biomasse. La dégradation de la matière organique fait intervenir une succession de microorganismes. Les bactéries sulfato-réductrices se placent en fin de chaine. Avec les bactéries méthanogènes, elles sont responsables de la minéralisation anaérobie. La minéralisation de la matière organique, dans un environnement contenant du sulfate, implique l’intervention de trois larges groupes d’organismes : les organismes hétérotrophes, les bactéries acétanogènes produisant de l’hydrogène et les bactéries sulfato-réductrices. Les hétérotrophes, non seulement la matières organique initiale en produits de fermentation qui servent de substrats aux deux groupes suivants
mais encore favorisent les conditions d’anaérobiose et de bas potentiel redox qui sont nécessaires à ces deux mêmes groupes. Les lois de la thermodynamiques imposent cette succession de populations. Tant qu’il y a de l’oxygène les mécanismes de dénitrification, de réduction des sulfates et de méthanogènes sont inhibés. Dès que l’oxygène est consommé, la dénitrification commence puis lorsque les nitrates sont utilisés, il y a réduction des sulfates. La méthanogénèse apparait en dernier et correspond partiellement à une réduction dissimilative du dioxyde de carbone.
V. LES FACTEURS ENVIRONNANTS INFLUENCANT LE DEVELOPEMENT DES SULFATO-REDUCTION:
Dans l’environnement naturel les conditions de croissance ne sont pas toujours favorables. Il existe des variations importantes de températures, de pH et de concentration en substrats. La capacité des bactéries à s’adapter à ces changements déterminera leur prolifération ou au moins leur survie.
La température optimum de croissance de la plupart des sulfato-réducteurs est située dans une bande étroite, comprise entre 30°C et 37°C. Aucune bactérie psychrophile vraie réduisant les sulfates n’a été isolée. Dans des lacs ou sédiments antarctiques, des sulfato-réducteurs ont été mis en évidence, ils peuvent se développer à basse température, c’est-à-dire voisine de 0°C mais avec une température optimum comprise entre 25°C et 28°C, et une température maximum de l’ordre de 40°C. il apparait néanmoins que ce sont eux , les responsables de la réduction des sulfates dans les sédiments froids. Trois souches de sulfato-réducteurs thermophiles ont été isolées, avec des optimum variant de 55°C à 70°C mais incapables de se développer à des températures très élevées, proches de 100°C. Dans les systèmes d’injection d’eau des champs pétrolifères, des sulfato-réducteurs se développant à 104°C sous des pressions élevées ont été mis en évidence. Une pression élevée (> à 500 bar) favorise la tolérance des sulfato-réducteurs aux hautes températures (> à 100°C).
2) La salinité :
Les sulfato-réducteurs ont été isolés aussi bien à partir d’eau douce, qu’à partir d’environnement marins. Les bactéries d’eau douce peuvent être inhiber par des concentrations salines voisine de celles de l’eau de mer. Inversement des bactéries isolées du milieu marin, cultivées en eau douce, peuvent être détériorées. Néanmoins quelques sulfato-réducteurs sont capables de s’adapter d’un milieu marin à un milieu sans sel. Tel est le cas de Desulfovibrio baculatus isolée à partir des eaux d’un estuaire et qui après adaptation se cultive dans un milieu sans sel. Les sulfato-réducteurs marins peuvent supporter des concentrations salines de l’ordre de 100 g/L, la concentration saline optimum étant souvent celle de l’eau de mer.
Rédigé et présenté par :
MERCI POUR VOTRE PATIENCE