Microbiologie et Technologies d'Analyse

Contenus :

Module 1:

1. Classification des êtres vivants

On se limitera à la présentation de l’arbre phylogénétique des êtres vivants et de l’arbre phylogénétique des eubactéries.
On établira une comparaison entre cellules eucaryote et procaryote.
Les critères de classification des eubactéries seront évoqués puis repris dans le module 4.

2. Les microorganismes eucaryotes

2.1. Les microalgues

2.2. Les protozoaires

2.3. Les champignons microscopiques
- La cellule fongique :
. organisation en hyphes, le thalle ;
. organes de dissémination et de reproduction.
- Principaux critères d’identification

3. Les microorganismes procaryotes : les bactéries

3.1. Formes et groupements

3.2. Eléments structuraux spécifiques ntervenant dans les phénomènes de résistance, dissémination, reconnaissance, attachement, fixation.

3.2.1. La paroi

3.2.2. La capsule

3.2.3. Les polymères extracellulaires

3.2.4. Les endospores

3.2.5. Les plasmides

3.2.6. Les flagelles

3.2.7. Les pili d’adhésion

Module 2 :
Physiologie des microorganismes

1. Besoins nutritionnels
1.1. Besoins élémentaires : source de carbone, d’azote, d’énergie, de soufre, de phosphore et d’éléments minéraux
On définira et on illustrera les termes d’autotrophie, d’hétérotrophie, de phototrophie et de chimiotrophie.
1.2. Besoins en facteurs de croissance On définira et on illustrera les termes de prototrophie et d’auxotrophie.
1.3. Interactions nutritionnelles entre populations microbiennes
On décrira un exemple de synergie, de compétition et d’antagonisme.
1.4. Applications à la conception et à l’utilisation des milieux de culture

2. Métabolismes

Ce cours devra prendre en compte les acquis du cours de biochimie présentant les voies métaboliques classiques : glycolyse, voie des pentoses phosphate, cycle de Krebs, β oxydation……

2.1. Métabolisme énergétique Types trophiques : phototrophes et chimiotrophes.

Les mécanismes biochimiques de production d’ATP : photophosphorylation, phosphorylation oxydative et phosphorylation au niveau du substrat, étudiés en biochimie, seront revus globalement à cette occasion.
Dans cette partie seront envisagés les métabolismes spécifiques des microorganismes : respirations aérobie et anaérobie, fermentations. Les fermentations et les produits obtenus par ces voies seront plus spécifiquement traités dans le
paragraphe 2.2. On comparera brièvement la photosynthèse oxygénique et non oxygénique.

2.2. Les fermentations : fermentations éthanolique, lactique, butyrique, propionique, butanediolique et des acides mixtes.

On présentera globalement l’ensemble des voies de fermentations. On précisera les étapes des fermentations éthanolique, lactique, butyrique, propionique, butanediolique et des acides mixtes.
On reliera ces fermentations avec leurs applications industrielles et analytiques.
Toute application en bioindustries impliquant un métabolisme particulier sera étudiée dans le cours de sciences et technologies bioindustrielles.

2.3. Les autres voies cataboliques : catabolisme azoté, catabolisme lipidique.

2.4. Les synthèses

Les voies, leurs régulations et les produits de synthèse (protéines, polyosides, acides aminés, vitamines, antibiotiques) intéressant les bioindustries sont abordés dans le module 5.

3. Croissance des micro-organismes Etude cinétique de la croissance en conditions définies et optimales.

On présentera une courbe de croissance en milieu non renouvelé par suivi d’absorbance. On déterminera les différentes phases. On définira les paramètres : temps de génération (G) et vitesse spécifique de croissance (Qx).
On déterminera et on calculera les paramètres en utilisant une représentation logarithmique. On présentera le suivi de croissance par méthode pondérale et numération directe de cellules. Les croissances en milieu renouvelé seront étudiées lors des opérations unitaires correspondantes.

Module 3
Agents antimicrobiens

Pour chacun des agents envisagés l’étude comprend :
- la nature chimique ;
- le spectre d’activité et l’utilisation ;
- le mode d’action cellulaire ;
- les effets sur une population : effets microbiostatique et microbicide ;
- les résistances éventuelles ;
- la toxicité.

Module 4
Systématique des microorganismes

1. Principe et méthodes de la taxonomie bactérienne
1.1. Supports de la classification phénotypique On envisagera :
- la structure et la composition de la paroi ;
- les antigènes somatiques et flagellaires.
1.2. Supports de la classification génotypique

2. Identification probabiliste

Etude de caractères morphologiques et biochimiques.

3. Systématique des groupes microbiens intéressant les bioindustries

Module 5
Les flores utiles en microbiologie industrielle

1. Etude des souches et des levains
1.1. Les bactéries lactiques, acétiques, les levures et les moisissures
On étudiera leurs rôles dans l’élaboration et la transformation des aliments.
On envisagera les conséquences de contaminations : bactériophages des bactéries lactiques, levures killer …
1.2. Sélection des souches et des levains
On envisagera la sélection des bactéries lactiques par l’étude de leur activité acidifiante et par leur production d’arômes.
1.3. Amélioration On abordera très succinctement les différentes méthodes d’amélioration des souches.
1.4. Conservation des souches
Différentes méthodes de conservation, problèmes liés à ces méthodes, choix de la méthode.

2. Production des souches et des levains
2.1. Les étapes de la production
- Revivification
- Préculture
- Contrôles de pureté, contrôle de stérilité des milieux de production
- Production en fermenteur
Le cours de sciences et technologies bioindustrielles traitera de l’étude des composants du fermenteur , de son fonctionnement, des systèmes d’acquisition de données, des systèmes de contrôle et de régulation, des systèmes de traitement de données.
2.2. Production de biomasse : suivi des principaux paramètres de la croissance
On s’intéressera au temps de génération, à la vitesse spécifique de croissance, à la vitesse spécifique de consommation de substrat, aux rendements.
2.3. Conditions de croissance
Facteurs physico-chimiques influençant le développement des souches : pH, température, oxygénation, fourniture de nutriments (fed batch …), optimisation.
3. Différents types de production de métabolites
On présentera un exemple de chaque type de production (souches utilisées, voies de biosynthèse et leurs régulations, milieu(x) utilisé(s), mode(s) de récupération du produit).
3.1. Métabolites primaires : alcools, acides aminés et organiques, enzymes, vitamines, polyosides.
3.2. Métabolites secondaires : antibiotiques
3.3. Bioconversions
3.4. Production de vaccins

Module 6
Les agents d’altération de la qualité marchande et sanitaire des bioproduits

1. Origine des flores d’altération
1.1. Flores d’origine exogène
- Flores saprophytes (eau, sol, air, surface, matériel)
- Flores commensales et pathogènes de l’homme et des animaux
On développera la composition et les rôles des flores cutanée, oropharyngée et intestinale.
On explicitera les notions de flores résidentes et transitoires et de porteurs asymptomatiques.
1.2. Flores d’origine endogène
- Flores commensales des animaux
- Flores pathogènes des animaux
- Flore résidente des végétaux

2. Flores d’altération de la qualité marchande
On évoquera l’importance de la « chaîne du froid ».
2.1.Flore mésophile aérobie totale La flore mésophile aérobie totale sera envisagée comme un indice de la qualité du bioproduit.
2.2.Flores bactériennes d’altération sélectionnées par les caractéristiques physico-chimiques du bioproduit
On traitera des flores lipolytique, caséolytique, lactique, acétique, xérophile, osmophile.
2.3.Flores bactériennes d’altération liées au mode de fabrication et de conservation
On traitera les flores mésophiles protéolytiques (flore de putréfaction), psychrotrophes et thermorésistantes.
2.4.Flore fongique

3. Flores indicatrices de l’altération de la qualité sanitaire
3.1. Coliformes et coliformes thermotolérants
3.2. Escherichia coli
3.3. Enterobacteriaceae
3.4. Streptocoques fécaux
3.5. Spores de bactéries anaérobies sulfito réductrices et spores de Clostridium sulfito réducteurs

4. Les bactéries pathogènes responsables de TIA(C)

On développera :
- les origines des contaminations ;
- les principaux aliments concernés ;
- les mécanismes physiopathologiques et la symptomatologie des TIA (C).
On introduira les différentes stratégies développées par les bactéries et l’importance du terrain. On évoquera l’estimation quantitative du pouvoir pathogène des bactéries.
On s’attachera à montrer la complexité de certaines pathogénicités, alliant phénomènes invasifs et toxinogénèse

Module 7
Prévention contre les biocontaminations et contrôles des bioproduits

1. Prévention des biocontaminations
Cette étude sera conduite en relation avec la démarche HACCP développée dans le module « qualité » du cours de sciences et technologies bioindustrielles.
Les méthodes de contrôle seront appliquées lors des activités technologiques en analyse microbiologique.
1.1. Conception et hygiène des locaux (surface et matériel, sol) nettoyage, désinfection
1.2. Etude de l’aérobiocontamination, salles à atmosphère contrôlée
1.3. Hygiène du personnel
1.4. Sélection et stockage des matières premières
1.5. Eaux de fabrication, de lavage, de rinçage Cette étude sera menée en relation avec le cours de sciences et technologies bioindustrielles.
1.6. Conditionnement aseptique

2. Contrôles des bioproduits
2.1. Les critères microbiologiques

2.2. Les méthodes de contrôle
- Méthodes officielles
- Méthodes normalisées : AFNOR, ISO…
- Méthodes alternatives (rapides)
- Validation AFNOR
On définira les notions de méthode de référence et méthode de routine.
On explicitera les critères de choix de la méthode de contrôle.
On différenciera méthode horizontale et méthode sectorielle.
2.3. Les niveaux de contrôle dans la fabrication On traitera du contrôle des matières premières, des contrôles en cours de fabrication et contrôle du produit fini. L’étude de ces différents niveaux sera réalisée en relation avec la démarche
HACCP développée dans le module « qualité » du cours de sciences et technologies bioindustrielles.
2.4. Les étapes du contrôle
- Echantillonnage et plans d’échantillonnage
- Prélèvements et préparation de l’échantillon pour analyse
2.5. Méthodes de quantification
- Dénombrement direct des cellules (cytométrie, DEFT),
- Dénombrement après culture
- Evaluation de l’activité globale (impédancemétrie, ATP métrie)
L’ensemble de ces méthodes sera appliqué lors des activités technologiques en analyse microbiologique.
2.6. Méthodes de recherche et d’identification
- Méthodes traditionnelles
- Méthodes rapides (immunoenzymologie, sondes nucléiques, amplification génique).