Les milieux de culture

Pour cultiver des micro-organismes en laboratoire, on utilise une solution nutritive appelée milieu de culture. Chaque micro-organisme a des besoins nutritionnels différents tout en étant capable de se nourrir à partir du milieu. Les micro-organismes ont des voies métaboliques différentes qui mènent également à différents produits métaboliques. Dans ce cas, la quantité et le type de nutriment à ajouter dans un milieu doivent être soigneusement étudiés afin d'assurer la croissance et la production des métabolites souhaités. Les paramètres qui influencent la croissance microbienne sont : la composition des nutriments, la concentration ionique des sels, le pH, et la température.

Nutrition

Un nutriment est une substance chimique qui est nécessaire pour la croissance de l'organisme. Tous les nutriments ne sont pas nécessaires en quantités similaires. Les éléments essentiels nécessaires à l'organisme sont : l'hydrogène (H), l'oxygène (O), le carbone (C), l'azote (N), le phosphore (P) et le soufre (S).

La formule chimique estimée pour une cellule est CH_1,8O_0,5N_0,2, ce qui signifie que C, H, O et N dominent les nutriments nécessaires à l'organisme. À part le C, le N, le O et le H, les microorganismes ont également besoin de nombreux autres éléments, mais en plus petites quantités. Le phosphore par exemple, généralement obtenu sous forme de phosphate (PO₄^2-), est un élément important dans les acides nucléiques et les phospholipides.

Les micro-organismes ont également besoin d'oligo-éléments, tels que le cuivre, le fer, le zinc et le cobalt dans le milieu de culture. Ces oligo-éléments sont généralement fournis sous forme d'ions qui serviront de cofacteurs dans les réactions enzymatiques. Le fer est nécessaire pour la synthèse des composés contenant de l'hème (tels que les cytochromes) et pour le système de transport des électrons.

Condition physique

Effet de la température sur la croissance microbienne

La croissance est définie comme une augmentation du nombre de cellules. La croissance des micro-organisme est grandement affectée par les conditions environnementales telles que la température, le pH, la disponibilité de l'eau, l'oxygène, la pression et les radiations. Pour obtenir la croissance des micro-organismes, la teneur en nutriments du milieu, ainsi que les conditions environnementales, doivent être appropriées.

Chaque micro-organisme a une température minimale et maximale tolérable. Il existe trois températures critiques pour les micro-organismes. Ces températures sont généralement déterminées par la température à laquelle les microorganismes ont une fonction enzymatique. Ces trois températures critiques (également appelées température cardinales) sont les suivantes :

• La température de croissance minimale : la température la plus basse à laquelle les cellules peuvent encore se diviser
• La température de croissance maximale : la température la plus élevée à laquelle les cellules peuvent encore se diviser
• La température de croissance optimale : la température à laquelle les cellules se divisent le plus rapidement

De manière générale, l'augmentation de la température est affectée par la croissance cellulaire jusqu'à ce qu'elle atteigne la température optimale. La croissance cellulaire va baisser de manière significative après avoir atteint la température optimale, jusqu'à ce qu'elle atteigne la température maximale. La température joue un rôle clé dans la croissance cellulaire en affectant l'activité enzymatique et la rigidité des composants cellulaires. Lorsque la température augmente, les réactions enzymatiques dans les cellules se produisent rapidement et la croissance devient plus rapide. Quand elle dépasse la température optimale, les composants cellulaires s'endommagent. Ces dégâts cellulaires à température élevée peuvent être irréversibles et finir par provoquer la mort cellulaire. Près de la température minimale, la croissance devient plus lente. Une hypothèse sur ce phénomène est que la membrane cytoplasmique du micro-organisme se rigidifie au point de ne plus pouvoir supporter la fonction de transport cellulaire. C'est pour cela que les cellules de levure utilisées dans l'industrie sont généralement cultivées entre 20°C et 40°C.

Le pH, qui exprime l'acidité ou l'alcalinité d'un environnement, affecte également la croissance cellulaire des micro-organismes de manière significative. Chaque micro-organisme a également un pH optimal. Le pH optimal pour la plupart des champignons (y compris les levures) est légèrement acide. Le pH affecte les enzymes et l'état des protéines. Il peut aussi provoquer la dénaturation des enzymes et interférer avec le le pompage ionique de la membrane.