La diversité de la physiologie des micro-organismes

La diversité de la physiologie des micro-organismes

Toutes les cellules ont besoin de produire de l’énergie et de la conserver. Toutes requièrent aussi des mécanismes génétiques autorisant la réplication et permettant l’adaptation à leurs différents environnements. Les sources d’énergie sont d’une importance primordiale pour les cellules, car les processus vitaux consomment beaucoup d’énergie. Trois stratégies s’offrent pour puiser l’énergie de la nature : à partir des composés organiques, des composés inorganiques ou de la lumière.

Les chimio-organotrophes

Des milliers de composés organiques existant sur la Terre peuvent  être utilisés par un micro-organisme ou un autre. Tous les composés organiques naturels et la plupart des composés organiques synthétiques peuvent être métabolisés par un ou plusieurs micro-organismes. L’énergie est obtenue par oxydation d’un de ces composés (perte de ses électrons) et accumulée dans la cellule sous la forme d’un composé riche en énergie, l’adénosine triphosphate (ATP)

Certains micro-organismes peuvent extraire l’énergie d’un composé seulement en présence d’oxygène ; ces organismes sont qualifiés d’aérobies. Au contraire, d’autres micro-organismes ne peuvent extraire leur énergie qu’en absence d’oxygène (anaérobie). Néanmoins, certains d’entre eux sont indifférents à la présence ou l’absence d’oxygène. Les organismes puisant leur énergie à partir de composés organiques sont appelés chimio-organotrophes et représentent la majeure partie des micro-organismes cultivés.

Les chimiolithotrophes

De nombreux procaryotes peuvent utiliser l’énergie disponible dans les composés inorganiques. Il s’agit là d’une forme de métabolisme appelée chimiolithotrophie (découverte par Winogradsky), qui est employée par des chimiolithotrophes.

Cette forme de métabolisme producteur d’énergie n’est présente que chez les procaryotes et est prévalente chez les Archaea et les Bacteria. L’éventail des composés inorganiques utilisés est très large, mais, en règle générale, un procaryote spécifique se spécialise dans l’utilisation d’un groupe de composés inorganiques ou de sa famille.

La raison pour laquelle la capacité d’extraire de l’énergie de composés inorganiques s’impose comme une évidence est qu’elle évite la concurrence avec les chimio-organotrophes.

De plus, de nombreux composés inorganiques oxydés, tels que le H2 et le H2S, sont des déchets de ces chimio-organotrophes. Ainsi, les chimiolithotrophes ont élaboré des stratégies évoluées pour exploiter des ressources que d’autres organismes sont incapables d’utiliser.

Les phototrophes

Les micro-organismes phototrophes possèdent un pigment qui leur permet d’utiliser la lumière comme source d’énergie, ce qui explique par ailleurs leur coloration cellulaire.

À la différence des organismes chimiotrophes, les phototrophes ne requièrent pas de composés chimiques comme source d’énergie, l’ATP étant produit à partir de l’énergie solaire. Cela constitue un avantage important, car il exclut toutes compétitions pour l’énergie avec les chimiotrophes, la lumière étant disponible dans un grand nombre d’habitats microbiens.

Il existe deux types de phototrophies chez les procaryotes. L’une est appelée photosynthèse oxygénique et produit de l’O2. La photosynthèse oxygénique est caractéristique des cyanobactéries et des micro-organismes phylogénétiquement affiliés. L’autre forme, appelée photosynthèse anoxygénique, intervient chez les bactéries vertes et pourpres et ne conduit pas à la production d’O2. Néanmoins, ces deux groupes de phototrophes utilisent la lumière pour produire de l’ATP, et leurs mécanismes de synthèse sont remarquablement similaires.

En effet, les principes de base de la photosynthèse oxygénique ont évolué à partir des procédés anoxygéniques, moins complexes.

Les hétérotrophes et les autotrophes

Toutes les cellules nécessitent du carbone comme nutriment principal. Les cellules microbiennes sont soit hétérotrophes, nécessitant un ou plusieurs composés organiques comme source de carbone, soit autotrophes, leur source de carbone étant le CO2. Les chimio-organotrophes sont aussi des hétérotrophes. À l’opposé, de nombreux chimiolithotrophes et pratiquement tous les phototrophes sont autotrophes.

Les autotrophes sont parfois appelés producteurs primaires, parce qu’ils synthétisent de la matière organique à partir du CO2, à la fois pour leur propre bénéfice et celui des chimioorganotrophes. Ces derniers se nourrissent directement des producteurs primaires ou à partir des produits qu’ils excrètent. Toute la matière organique de la Terre a été synthétisée par des producteurs primaires, principalement des organismes phototrophes.

Source : Vue d’ensemble de la vie microbienne