Comprendre la microbiologie

La microbiologie est définie simplement comme l’étude des microorganismes, « micro » signifiant petit, et « biologie », se référant à l’étude des êtres vivants. Les microorganismes étudiés sont très variés et le domaine de la microbiologie est divisé en de nombreux sous-domaines d’étude.

Le domaine de la microbiologie est essentiel pour les êtres humains, non seulement en raison des maladies infectieuses causées par ces microbes, mais aussi parce que de « bons » microorganismes sont nécessaires pour que nous puissions vivre sur la planète. Étant donné que les bactéries présentes dans et sur notre corps sont plus nombreuses que nos propres cellules, ce domaine d’étude pourrait être considéré comme l’un des plus importants domaines de connaissance et d’étude.

Types de microorganismes

Les micro-organismes, ou « microbes », sont de petits êtres vivants. La plupart de ces organismes ne peuvent pas être vus à l’œil nu, et jusqu’à l’invention du microscope et de la théorie des germes, nous n’avions aucune idée de leur abondance.

On trouve des microbes presque partout sur la terre. On les trouve dans les mares d’eau bouillante de Yellowstone et dans les cheminées volcaniques des plus basses profondeurs de la mer. Ils peuvent vivre dans les salines et certains se développent dans l’eau salée (tant il est vrai qu’on utilise le sel comme agent de conservation.) Certains ont besoin d’oxygène pour se développer et d’autres non.

Le micro-organisme le plus « résistant » du monde est une bactérie appelée Deinococcus radio transLa bactérie, qui peut résister aux radiations à un degré phénoménal comme son nom l’indique, mais qui peut aussi survivre sans eau, sans exposition à des acides forts et même lorsqu’elle est placée dans le vide.

Classification des microorganismes en microbiologie

Les scientifiques ont classifié de nombreuses façons différentes, et ce faisant, ont essayé de donner un sens aux millions de microbes présents dans notre environnement.

Multicellulaire vs Unicellulaire vs Acellulaire

L’une des façons de classer les microbes est de savoir s’ils ont des cellules ou non, et si oui, combien. Les microorganismes peuvent être :

• Multicellulaires – Ayant plus d’une cellule.
• Unicellulaires – ayant une seule cellule.
• Acellulaires – Manquant de cellules, comme les virus et les prions. (Les prions sont généralement appelés « protéines infectieuses » plutôt que microbes).

Eucaryotes et procaryotes

Une autre façon de classer les microorganismes est liée au type de cellule. Il s’agit notamment des eucaryotes et des procaryotes :

• Les eucaryotes sont des microbes dotés de « cellules complexes » qui possèdent un véritable noyau et des organites liés à la membrane. Les eucaryotes sont par exemple des helminthes (vers), des protozoaires, des algues, des champignons et des levures.
• Les procaryotes sont des microbes à « cellules simples » qui n’ont pas de véritable noyau et sont dépourvus d’organites liés à la membrane. Les bactéries en sont des exemples.

Les principales classes de micro-organismes

Les différents types de microbes peuvent également être décomposés :

• • Parasites : Les parasites sont parfois plus effrayants que les autres microorganismes, du moins lorsqu’ils peuvent être observés à l’œil nu. Les parasites comprennent les helminthes (vers), les douvettes, les protozoaires et autres. La malaria, la giardia et la maladie du sommeil africaine sont des exemples d’infections parasitaires. L’ascaridiase (vers ronds) est connue pour infecter un milliard de personnes dans le monde.
  • Les champignons et les levures : Les champignons sont des microorganismes qui, d’une certaine manière, sont similaires aux plantes. Les levures sont un type de champignon. Les infections du pied d’athlète ou d’autres types de levures, qui appartiennent toutes à la catégorie des infections fongiques, en sont des exemples. Cette catégorie comprend également les champignons et les moisissures. Comme les bactéries, nous avons aussi de nombreux « bons champignons » qui vivent sur notre corps et ne provoquent pas de maladies.
  • Bactéries : Nous avons plus de bactéries dans et sur notre corps que de cellules humaines, mais la grande majorité de ces bactéries sont des « bactéries saines ». Elles nous protègent contre les infections dues aux mauvaises bactéries ou aux bactéries pathologiques et jouent un rôle dans la digestion de nos aliments. La tuberculose et l’angine streptococcique sont des exemples d’infections causées par des bactéries.
  • Les virus : Les virus sont abondants dans la nature, bien que ceux que la plupart des gens connaissent soient ceux qui provoquent des maladies humaines. Les virus peuvent également infecter d’autres microorganismes tels que les bactéries, ainsi que les plantes. Les vaccinations ont réduit le risque de certaines maladies effrayantes, mais d’autres, comme le virus Ebola et le virus Zika, nous rappellent que nous n’avons pas encore commencé à vaincre ces menaces miniatures.
  • Les prions : À l’heure actuelle, la plupart des scientifiques ne classent pas les prions comme des micro-organismes, mais plutôt comme des « protéines infectieuses ». Cela dit, ils sont souvent étudiés par les virologistes. Les prions sont essentiellement un morceau de protéine anormalement replié, et peuvent ne pas paraître effrayants au premier abord. Pourtant, les maladies à prions comme la maladie de la vache folle sont parmi les maladies infectieuses les plus redoutées.

Histoire de la microbiologie

Ce que nous savons maintenant des micro-organismes et qui sera discuté plus loin est relativement nouveau dans l’histoire. Examinons brièvement l’histoire de la microbiologie :

Premier microscope/premiers microorganismes visualisés : La première grande étape de la microbiologie a été franchie lorsque van Leeuwenhoek (1632-1723) a créé le premier microscope à lentille unique. Grâce à une lentille dont le grossissement était d’environ 300X, il a pu visualiser pour la première fois des bactéries (à partir de grattements de ses dents).

Développement de la théorie des germes : Le corps humain a été reconnu comme une source d’infection par trois scientifiques :

• LeDr Oliver Wendall Holmes a découvert que les femmes qui accouchaient à domicile étaient moins susceptibles de développer des infections que celles qui accouchaient à l’hôpital.
• LeDr Ignaz Semmelweis a établi un lien entre les infections et les médecins qui allaient directement de la salle d’autopsie à la maternité sans se laver les mains.
• Joseph Lister a introduit des techniques aseptiques, notamment le lavage des mains et l’utilisation de la chaleur pour la stérilisation.

La théorie des germes : Les deux personnes les plus à l’origine de l’acceptation de la théorie des germes sont Louis Pasteur et Robert Koch :

• Louis Pasteur (1822-1895) : On attribue à Pasteur la théorie de la biogénèse, en notant que tous les êtres vivants proviennent de quelque chose plutôt que de l’opinion qui prévalait au moment de la génération spontanée. Il a affirmé que de nombreuses maladies étaient causées par des microbes (plutôt que par le péché, la colère de Dieu et d’autres causes potentielles.) Il a montré que les microorganismes sont responsables de la fermentation et de la détérioration et a mis au point la méthode appelée pasteurisation encore utilisée aujourd’hui. Il a également mis au point des vaccins contre la rage et l’anthrax.
• Robert Koch (1843-1910) : Koch est l’auteur des « postulats de Koch », la série d’étapes scientifiques qui a prouvé la théorie des germes et qui a été utilisée dans les études scientifiques depuis (avec quelques révisions.) Il a identifié la cause de la tuberculose, de l’anthrax et du choléra.

Depuis lors, quelques jalons ont été posés :

• 1892 – Dmitri Iosifovich Ivanoski découvre le premier virus.
• 1928 – Alexander Fleming découvre la pénicilline.
• 1995 – La première séquence génomique microbienne est publiée.

Micro-organismes infectieux

Lorsque nous pensons aux microorganismes, la plupart d’entre nous pensent aux maladies, bien que ces petits « insectes » soient globalement plus susceptibles de nous aider que de nous nuire. (N’oubliez pas de lire la rubrique « bons microbes » ci-dessous).

Jusqu’à il y a moins d’un siècle, et actuellement, dans de nombreux endroits du monde, les infections par des microorganismes étaient la principale cause de décès. L’espérance de vie aux États-Unis s’est considérablement améliorée au cours du siècle dernier, non seulement parce que nous vivons plus longtemps, mais surtout parce que moins d’enfants meurent pendant l’enfance.

Aux États-Unis, les maladies cardiaques et le cancer sont désormais les première et deuxième causes de décès. Selon l’Organisation mondiale de la santé, dans les pays à faible revenu du monde entier, la principale cause de décès est les infections des voies respiratoires inférieures, suivies par les maladies diarrhéiques.

L’avènement des vaccins et des antibiotiques, et surtout de l’eau potable, a réduit notre inquiétude face aux organismes infectieux, mais il serait malvenu d’être arrogant. À l’heure actuelle, nous sommes confrontés non seulement à des maladies infectieuses émergentes, mais aussi à la résistance aux antibiotiques.

Les micro-organismes utiles à l’homme

Bien que nous en parlions rarement, les microorganismes sont non seulement utiles mais nécessaires dans presque tous les aspects de notre vie. Les microbes sont importants dans :

• Protéger notre corps contre les « mauvais » microbes.
• La fabrication de la nourriture : Du yaourt aux boissons alcoolisées, la fermentation est une méthode dans laquelle la croissance des microbes est utilisée pour créer de la nourriture. C’est un exemple, cependant, les microbes sont au bas de la chaîne alimentaire pendant une grande partie de la vie.
• La décomposition des déchets sur le sol et le recyclage des gaz atmosphériques au-dessus. Les bactéries peuvent même contribuer à la gestion des déchets difficiles comme les marées noires et les déchets nucléaires.
• La production de vitamines telles que la vitamine K et certaines vitamines B. Les bactéries sont également extrêmement importantes pour la digestion.
• Stockage de l’information : Le domaine de la cryptographie étudie même les moyens d’utiliser les bactéries comme disque dur pour stocker des informations.

Non seulement les microbes remplissent de nombreuses fonctions pour nous, mais ils font partie de nous. On pense que les bactéries dans et sur notre corps sont dix fois plus nombreuses que nos cellules.

Vous avez probablement entendu parler des dernières nouveautés en matière d’alimentation saine. En plus de manger des brocolis et des myrtilles, la plupart des experts de la santé recommandent de manger des aliments fermentés tous les jours, ou au moins aussi souvent que possible. Sans bactéries, il n’y aurait pas de fermentation.

À la naissance, les bébés n’ont pas de bactéries dans leur corps. Ils acquièrent leurs premières bactéries lors de leur passage dans le canal de naissance. (Certains pensent que l’absence d’exposition aux bactéries par le canal de naissance est la raison pour laquelle l’obésité et les allergies sont plus fréquentes chez les bébés mis au monde par césarienne).

Si vous avez lu les nouvelles récemment, on a même émis l’hypothèse que les bactéries présentes dans nos intestins sont responsables de notre humeur au quotidien. L’étude du microbiome est maintenant utilisée pour expliquer de nombreuses choses, comme par exemple pourquoi les antibiotiques peuvent entraîner une prise de poids.

Domaines de la microbiologie

Il existe plusieurs domaines différents dans le domaine de la microbiologie. Voici un exemple de certains de ces domaines ventilés par type d’organisme :

• La parasitologie : L’étude de la parasitologie
• Mycologie : L’étude des champignons
• Bactériologie : L’étude des bactéries
• La virologie : L’étude des virus
• Protozoologie : L’étude des protozoaires
• Phycologie : L’étude des algues

Les domaines de la microbiologie peuvent également être ventilés par champ d’application afin d’inclure un large éventail de sujets. En voici quelques exemples parmi tant d’autres :

• Physiologie microbienne (croissance, métabolisme et structure des microbes)
• Génétique microbienne
• L’évolution microbienne
• Microbiologie environnementale
• Microbiologie industrielle (par exemple, traitement des eaux usées)
• Microbiologie alimentaire (fermentation)
• Biotechnologie
• Biorestauration

L’avenir de la microbiologie

Le domaine de la microbiologie est fascinant et il y a plus que ce que nous ne savons pas. Ce que nous avons peut-être le plus appris dans ce domaine, c’est qu’il y a tellement plus à apprendre.

Non seulement les microbes peuvent causer des maladies, mais ils peuvent être utilisés pour développer des médicaments pour combattre d’autres microbes (par exemple, la pénicilline.) Certains virus semblent causer le cancer, tandis que d’autres sont évalués comme un moyen de combattre le cancer.

L’une des principales raisons pour lesquelles les gens s’informent sur la microbiologie est le respect de ces « créatures » qui sont bien plus nombreuses que nous. On pense que la résistance aux antibiotiques est accrue en raison d’une mauvaise utilisation non seulement des antibiotiques, mais aussi des savons antibactériens. Et ce n’est qu’en regardant les microbes que nous reconnaissons actuellement. Avec l’émergence des maladies infectieuses et notre capacité à voyager presque partout dans le monde sur trois vols, les microbiologistes ont grand besoin d’être formés et préparés.

Sources des articles (certains en anglais)

• Kasper DL, Fauci AS, Hauser SL. Principes de médecine interne de Harrison. New York : Mc Graw-Hill Education, 2015. Imprimer.
• Smolinska S, Groeger D, O’Mahony L. Biology of the Microbiome 1 : Interactions with the Host Immune Response. Cliniques de gastroentérologie d’Amérique du Nord. 2017. 4691):19-35.