Les micro-organismes et les processus biologiques liés à l’environnement





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date de publication03.02.2017
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Les micro-organismes et les processus biologiques liés à l’environnement
Les bioprocédés se divisent en deux catégories :

  • Des traitements biologiques dans station d’épuration (déchets solides et eaux contaminées).

  • Bioremédiation (ex : Pseudomonas dégradent hydrocarbures)

Rappel : Les Pseudomonas sont des bacilles à gram – et mobiles. On les retrouve dans le sol, l’air… Certaines espèces peuvent être pathogènes pour l’homme.

La biomasse peut être active naturellement ou alors par des bioprocédés industriels : biostimulation (activation de la biomasse) ou bioaugmentaion (amplification de la biomasse).


  1. Classification selon les types trophiques




Source

Nature

Types trophiques

Energie

lumineuse

Phototrophes

chimique

Chimiotrophes

Electrons

inorganique

Lithotrophes

organique

Organotrophes

Carbone

CO2

Autotrophes

composés organiques

Hétérotrophes

Facteur de croissance

non exigeant

Prototrophes

exigeant

Auxotrophes


La syntrophie ou synergie métabolique représente les interactions métaboliques entre les différentes espèces.


Classifications trophiques

Micro-organismes représentatifs

Photolithoautotrophe

Bactéries sulfureuses et cyanobactéries

Photoorganohétérotrophe

Bactéries non sulfureuses

Chimiolithoautotrophe

Bactéries sulfureuses, ferrobactéries, bactéries nitrifiantes

Chimiolithohétérotrophe

Chimioorganohétérotrophe

Bactéries non photosynthétiques, pathogènes




  1. Sources d’énergie

  1. Phototrophie







Photosynthèse primitive : anoxygénique

Photosynthèse évoluée : oxygénique

Photosystèmes

Un seul photosystème (PS I) d’où photophosphorylation cyclique


Deux PS (PS I et PS II) d’où photophosphorylation cyclique et non cyclique

Donneurs d’électrons

H2, H2S, S, composé organique


H2O


Production d’O2

Pas de dégagement d’O2 (anoxygénique)

Production d’O2 par photolyse de l’eau (oxygénique)


Pigments photosynthétiques

Bactériochlorophylles a et b qui absorbent dans l’infrarouge


La chlorophylle a est le pigment majoritaire


Bactéries

  • anaérobie stricte (eau)

  • auto ou hétérotrophes

  • auxotrophes

Bactéries pourpres (Pseudo.), vertes et héliobactéries

  • aérobie

  • autotrophes

  • auxotrophes

Cyanobactéries


La photosynthèse primitive permet une meilleure adaptation aux niches écologiques.


  1. Chimiotrophie


Il s’agit de la majorité des microorganismes. L’énergie est récupérée à partir de réactions d’oxydo-réductions. Il faut distinguer la respiration (aérobie) de la fermentation (anaérobie facultative ou stricte). Les fermentations microbiennes les plus courantes à partir du pyruvate sont les fermentations alcoolique, lactique, acides mixtes, propionique, butanediolique et butylique/butyrique. Les organismes chimiolithotrophes utilisent des donneurs d’électrons minéraux (protéobactéries). Ils sont utilisés dans les bioprocédés environnementaux. Les Chimioorganotrophes  utilisent des donneurs d’électrons organiques. Ils sont étudiés dans les domaines de la santé (pathogènes) et de nombreux domaines biotechnologiques (production de molécules, biocarburants, agronomie…).


  1. Sources de carbone

  1. Autotrophie


Les bactéries autotrophes utilisent le CO2 comme source de carbone. L’assimilation de ce CO2 est fait grâce à l’énergie chimique (chimiolithotrophes) ou à l’énergie lumineuse (photolithotrophes).



  1. Hétérotrophie


La source de carbone est une molécule organique (sucre, acide gras, acide organique…). Les bactéries peuvent avoir besoin d’une seule ou de plusieurs sources de carbone.




Prototrophie

Auxotrophie

Synthèses

1 source de carbone (glucose, amidon, cellulose…)

Plrs sources (ex : Pseudomonas sp.)

Facteurs de croissance

Non exigeants

Exigeants (aa, bases, vitamines)

Spécificité

Marqueur de sélection

Les bactéries hétérotrophes sont impliquées dans les bioprocédés environnementaux.


  1. Processus biologiques liés à l’azote

  1. Fixation de l’azote gazeux


Il s’agit de la réduction de l’azote atmosphérique en ammoniaque NH3 grâce à la nitrogénase en anaérobie.

Le coût énergétique est élevé (3 ou 4 ATP). Les bactéries capables de fixer l’azote gazeux sont les bactéries du sol (Azotobacter…), les cyanobactéries (Anabaena) et les bactéries symbiotiques (Rhizobium dans les légumineuses).


  1. Transformation de l’azote moléculaire

  1. Ammonification




  • A partir de protéines ou des acides aminés par désamination oxydative en aérobie pour obtenir de l’ammoniaque ou par décarboxylation d’acides aminés. Ces processus ont lieux chez les bactéries protéolytiques.

  • A partir d’urée grâce à l’uréase qui dégrade l’urée et libère deux ammoniaques et un CO2.




  1. Nitrification


L’ammoniaque est oxydé en nitrite NO2- (Nitrosomonas) puis en nitrate NO3- (Nitrobacter). Ces réactions sont spécifique des bactéries, elles se font en aérobie par des microorganismes autotrophes et mésophiles. C’est un processus lent dû à un temps de génération élevé chez ces bactéries.


  1. Dénitrification




  • Réduction des nitrates NO3- en azote gazeux N2 par la respiration anaérobie.

  • Réduction des nitrates en NH3 avant d’être incorporé dans matière organique par la nitrate réductase puis la nitrite réductase. Ce processus concerne les bactéries dénitrifiantes comme Thiobacillus denitrificans.




  1. Processus biologiques liés au soufre

  1. Réduction des sulfates


Les sulfates SO42- sont réduits en sulfures par l’ATP sulfurylase, l’APS kinase, puis deux réductases.

Les bactéries sulfato-réductrices réalisent ces réaction (Desulfobacter).

La réduction des sulfates est utilisée pour la bioremédiation et la biolixiviation (traitement des minerais).

Ces réactions ont néanmoins un effet indésirable pour les industries pétrolières : corrosion des pipelines.


  1. Oxydation des composés soufrés




  • En anaérobie

A partir de S2- on obtient du SO42- (fait intervenir sulfite réductase, APS réductase, ADP sulfurilase). Cela fait intervenir les bactéries sulfureuses vertes (Chlorobacteriaceae) et pourpres (Rhodospirillaceae). Il existe une cohabitation entre bactéries photosynthétiques et sulfato-réductrices.

  • En aérobie

Dans les milieux riches en sulfures et pauvres en O2 (sédiments, eaux usées…). Concerne les bactéries sulfureuses incolores (Thiobacillus).


  1. Processus biologiques liés au fer


Les férrobactéries sont autotrophes et catalyse la réaction Fe2+  Fe3+ en conditions d’aérobiose. Ces réactions sont utilisées dans les processus de bioremédiation, de désulfurisation des rejets et des hydrocarbures et de déferrisation des sols et eaux contaminés par métaux lourds.

Attention à « l’ocre ferreux » : dégradation des conduits, puits.


  1. Autre processus biologique




  • La pile à combustible microbienne

Une bactérie en anaérobie produit de l’hydrogène et des électrons. On a alors production d’électricité grâce aux électrons, et l’hydrogène passe à travers une membrane pour resynthétiser des produits.






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