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MICROBIOLOGIE

La microbiologie, étymologiquement «science des microbes», est d’apparition relativement récente. Il fallut en effet attendre l’invention du microscope pour découvrir l’existence d’êtres vivants aussi petits: leur taille, bien inférieure à 0,1 millimètre, est au-delà de la limite de résolution de l’œil humain. Mais l’étude des microbes ne prit son essor qu’avec les travaux de Pasteur, en France, de Koch, en Allemagne, et de leurs contemporains. Très vite, alors, cette jeune science a débordé le monde microbien, pour s’intégrer à la biologie animale, et actuellement elle recouvre un nombre imposant de disciplines, telles que bactériologie, virologie, cytologie, cytochimie, immunologie, génétique.

Pour cerner le domaine de la microbiologie, il est nécessaire de rappeler brièvement la classification des êtres vivants. À côté des deux grands règnes, animal et végétal, existe un troisième règne, celui des Protistes , êtres vivants à organisation cellulaire simple, soit unicellulaires vrais, soit cénocytiques, donc de taille le plus souvent microscopique. La structure interne de leur cellule permet de les subdiviser en Protistes supérieurs, à cellule «eucaryote» (protozoaires, algues, champignons), et Protistes inférieurs, à cellule «procaryote» (algues bleues et bactéries). Prise dans son sens large, la microbiologie recouvre l’étude des Protistes inférieurs, et d’une partie des Protistes supérieurs: protozoaires et champignons microscopiques (tels que les levures). Cependant, certains de ces organismes sont maintenant l’objet de disciplines bien individualisées: mycologie, protozoologie. Il convient alors de donner à la microbiologie un sens plus restreint, centré essentiellement sur l’étude, d’une part des bactéries , d’autre part d’organismes encore plus petits, découverts plus récemment: les virus .

Bactériologie

Désignées d’abord sous le terme imprécis de «microbes», les bactéries, avec les levures, furent les premiers micro-organismes mis en évidence. Leur découverte fit d’ailleurs rebondir la très ancienne controverse sur la génération spontanée, et il fallut à Pasteur des années de lutte et de multiples expériences (notamment avec ses fameux flacons «à col de cygne») pour démontrer que toute bactérie provient d’une bactérie préexistante, et que «la génération spontanée est une chimère; chaque fois qu’on y a cru, on a été le jouet d’une erreur» (Pasteur).

Bactériologie médicale

Avec les travaux de Koch et de Pasteur, la bactériologie médicale fut le centre de l’étude des bactéries: seuls leurs rapports avec les maladies intéressaient les hommes de science. Cela explique, à la fin du siècle dernier, l’essor de la microbiologie: le rôle pathogène des bactéries se précise; l’antisepsie chirurgicale apparaît; le diagnostic bactériologique des maladies devient possible; la thérapeutique utilise la découverte des vaccins et sérums et, plus tard, des sulfamides et des antibiotiques.

Bien que moins spectaculaire, le rôle des bactéries en pathologie végétale est également très important; depuis la découverte, en 1882, de l’origine bactérienne d’une maladie des poiriers, la microbiologie végétale a fait d’énormes progrès et permet un traitement spécifique des arbres et des plantes.

Bactériologie fondamentale

Bientôt, la bactériologie perd son caractère «utilitaire» et s’oriente vers la recherche pure. La structure et la physiologie des bactéries se précisent, et la place prééminente de ces dernières sur notre planète est mieux connue: premiers organismes vivants, sans doute, à apparaître sur la Terre, elles sont largement répandues dans le sol et les eaux, où elles constituent les principaux agents de la minéralisation des matières organiques (cf. EAU, HUMUS, SOLS).

Les bactéries sont devenues un outil de recherche: elles sont un matériel de choix pour l’étude de certains problèmes fondamentaux en biologie humaine. Les physiologistes les utilisèrent les premiers pour élucider la nature et les fonctions des vitamines (ou facteurs de croissance); ce fut ensuite le tour des biochimistes qui réussirent à dénouer la trame du métabolisme intermédiaire; et, maintenant, les généticiens grâce aux bactéries peuvent analyser les bases chimiques de l’hérédité (cf. GÉNÉTIQUE, HÉRÉDITÉ).

Bactériologie appliquée

Les domaines d’application de la bactériologie sont très divers, et l’on ne peut que citer les plus importants.

En thérapeutique , l’utilisation très large des vaccins et des sérums a permis la quasi-disparition de maladies autrefois redoutables, telles que la diphtérie, le tétanos ^{[cf. VACCINS ET SÉRUMS]}. L’apparition des antibiotiques, extraits le plus souvent de bactéries ou de moisissures, a transformé le pronostic de maladies jusque-là mortelles ^{[cf. ANTIBIOTIQUES]}.

La bactériologie des sols et la bactériologie agricole sont maintenant des disciplines bien individualisées. Dans chacun des grands cycles de la matière (soufre, azote, carbone), des espèces bactériennes particulières jouent un rôle primordial: l’énorme masse des déchets organiques accumulés sur terre est transformée en humus, puis minéralisée. L’humus est la base de la fertilité; la connaissance des processus de sa formation permet donc d’analyser et de corriger scientifiquement l’infertilité d’un sol ^{[cf. FERTILITÉ DES SOLS]}. D’ailleurs, on utilise largement certains produits de dégradation microbienne, tels que la tourbe, le charbon ou le pétrole (cf. CHARBONS, PÉTROLE).

Non moins importantes sont les applications alimentaires et industrielles de la bactériologie. Si la fermentation alcoolique du vin et de la bière est due à des levures (champignons), ce sont des bactéries qui permettent d’obtenir le vinaigre à partir de l’alcool, les fromages à partir du lait, les fibres textiles à partir du lin (rouissage) ou du chanvre, et l’acétone par fermentation microbienne. La mise en conserve d’aliments nécessite la destruction des bactéries qui les altéreraient, et le risque de contamination de ces conserves justifie l’intervention de microbiologistes spécialisés. La production d’eau potable et le traitement des eaux usées utilisent des techniques bactériologiques ^{[cf. EAU]}. Enfin, une nouvelle voie est peut-être ouverte avec les essais de production de protéines alimentaires à partir de pétrole, sous l’influence de bactéries et de levures ^{[cf. NUTRITION]}.

Parmi les nombreuses applications du génie génétique, certaines commencent à être utilisables à l’échelle industrielle: production de substances hormonales humaines ou d’interféron humain, en particulier, par des bactéries auxquelles on a transféré l’information génétique appropriée ^{[cf. GÉNIE GÉNÉTIQUE]}.

La bactériologie marine étudie les nombreuses espèces microbiennes qui vivent dans les mers et contribuent à former le plancton. Si la densité bactérienne est surtout marquée près de la surface (bactéries photosynthétiques, notamment), il existe cependant des espèces barophiles, adaptées aux grandes profondeurs. Cette microflore joue un grand rôle dans le développement des plantes et animaux des océans: la masse cellulaire des bactéries est une source importante de nourriture; de plus, comme sur terre, ces bactéries décomposent l’énorme masse organique amassée dans la mer et libèrent des substances nutritives telles que phosphates ou ammonium. On comprend que la pollution des mers par des produits toxiques modifie profondément les équilibres vitaux. Quant aux espèces microbiennes pathogènes pour l’homme, elles ne survivent pas en milieu marin, grâce aux propriétés bactéricides de l’eau de mer, et ne se retrouvent que près des sources de contamination (égouts, estuaires).

Enfin, les vols spatiaux et les débarquements sur la Lune ont posé aux savants un problème nouveau de bactériologie spatiale : existe-t-il une vie microbienne sur les planètes autres que la Terre? Un certain nombre de précautions ont dû être prises (décontamination, quarantaine au retour sur terre) afin d’éviter une éventuelle contamination par des micro-organismes extra-terrestres.

Les techniques en bactériologie

Les méthodes d’étude en bactériologie sont très diverses, montrant la complexité de cette science et son lien avec d’autres disciplines.

La culture des bactéries permet leur multiplication in vitro , en dehors d’organismes vivants. Elle nécessite la mise au point de milieux nutritifs adaptés aux besoins des espèces; la base en est, en général, du bouillon de viande ^{[cf. BACTÉRIES]}.

Le microscope constitue un instrument indispensable à l’observation des bactéries, certaines nécessitant même un dispositif spécial d’éclairage en fond noir. Les limites de résolution du microscope optique ont conduit à l’utilisation du microscope électronique ^{[cf. MICROSCOPIE]}, grâce auquel on a pu connaître l’ultrastructure de la cellule microbienne ^{[cf. CELLULE]}.

Dans tous les cas, cette observation exige des colorations de contraste, certaines employées aussi en histologie, d’autres propres à la bactériologie (colorations de Gram, de Ziehl-Neelsen).

Enfin, un grand nombre de techniques biochimiques et biophysiques sont utiles à l’étude des bactéries: chromatographie, ultracentrifugation, marquage isotopique, lyophilisation (pour la conservation des souches bactériennes), etc. Les techniques biologiques introduites par l’immunologie ont une importance de plus en plus essentielle: identification des antigènes, sérodiagnostic, immunoélectrophorèse, immunoenzymologie et immunocytologie, etc. ^{[cf. IMMUNOCHIMIE]}.

Virologie

Peu après la découverte et l’étude des premières bactéries, on s’aperçut qu’il existait des organismes encore plus petits que les «microbes»: invisibles au microscope optique et passant au travers des filtres qui retiennent les cellules bactériennes, ils sont pourtant capables de causer des maladies. On les dénomme «virus filtrants», «ultravirus», ou tout simplement virus .

Grâce aux progrès de la microscopie électronique, de la biochimie et de la biologie moléculaire, leur structure et leurs propriétés sont aujourd’hui bien connues, ce qui permet de les opposer fondamentalement aux bactéries et à toutes les autres cellules vivantes. Ne possédant qu’un seul acide nucléique (ADN ou ARN), pratiquement dépourvus d’équipement enzymatique, les virus sont des parasites absolus, car ils doivent être synthétisés par une cellule-hôte vivante dont ils dévient le métabolisme à leur profit. Ce ne sont pas des êtres unicellulaires, mais des particules infectieuses réduites à un matériel génétique enroulé à l’intérieur d’une coque protéique de protection. Ainsi le terme d’êtres vivants peut-il difficilement leur être appliqué ^{[cf. VIRUS]}.

Virologie médicale

Le premier «virus filtrant» découvert (en 1892) est un virus pathogène pour les végétaux: celui de la mosaïque du tabac ^{[cf. VIROSES VÉGÉTALES]}. Mais, assez rapidement, on s’est aperçu que nombre de maladies végétales, animales et surtout humaines étaient provoquées par ces organismes particuliers. Ainsi, Pasteur a pu démontrer le rôle d’un virus dans l’étiologie de la rage; il l’a cultivé par passage sur animal vivant, et a même pu en obtenir un vaccin, et cela sans avoir jamais observé l’organisme responsable ^{[cf. RAGE]}.

Débordant actuellement les limites des maladies infectieuses, les virus sont au premier plan de la recherche médicale, notamment par le rôle incontestable, de mieux en mieux connu, qu’ils jouent dans la genèse de certaines tumeurs cancéreuses et des leucémies (cf. LEUCÉMIES, TUMEURS ANIMALES).

Virologie fondamentale

Comme la bactériologie, l’étude des virus a maintenant perdu son caractère strictement associé à la pathologie, et s’oriente vers la recherche fondamentale. Structures et fonctions des différentes variétés de virus sont de mieux en mieux connues, et l’étude approfondie des cellules infectées par un virus permet d’aborder la connaissance intime de la régulation des métabolismes et des synthèses à l’échelon cellulaire.

Virologie appliquée

La principale application actuelle des virus reste dans le domaine de la pathologie médicale et vétérinaire: c’est la production des vaccins antiviraux. Avant même la découverte des virus, E. Jenner, par un trait de génie, à la suite d’observations sur une maladie des vaches, inventait la première vaccination active contre la variole. Actuellement, les vaccinations sur une très grande échelle ont fait pratiquement disparaître du monde occidental cette redoutable maladie qu’était la poliomyélite. Mieux encore, la variole semble avoir définitivement disparu de notre planète: aucun cas humain n’a été dépisté depuis 1977, d’où l’abandon progressif de la vaccination antivariolique. On peut espérer prochainement un résultat identique pour la rubéole, dont on sait la gravité chez la femme enceinte, et pour la grippe qui immobilise chaque hiver des millions d’individus ^{[cf. GRIPPE]}.

Les techniques virologiques

Si les techniques virologiques ont quelques points communs avec la bactériologie, par exemple la nécessité de manipuler stérilement, elles en diffèrent par bien des côtés ^{[cf. VIROLOGIE]}.

La culture des virus nécessite leur inoculation à des cellules vivantes, que ce soit un animal, des œufs embryonnés maintenus à l’incubateur, ou, le plus souvent, des cultures cellulaires in vitro . Dans ce dernier cas, il peut s’agir soit de cultures de cellules en couche monocellulaire, soit de cultures organotypiques ou histiotypiques de fragments de tissus.

L’observation des virus pose des problèmes particuliers. Il est facile d’examiner en microscopie optique la lésion cellulaire déterminée par le virus (effet cytopathogène). Mais l’observation des virus eux-mêmes nécessite le recours au microscope électronique, sur coupes ultra-fines de cellules infectées par exemple.

L’immunologie occupe une place prépondérante dans l’étude de la pathologie virale: du fait de la difficulté d’isoler un virus chez un malade, le diagnostic d’une maladie à virus se fera essentiellement par la recherche des anticorps spécifiques apparus chez ce malade. Et même l’identification précise d’un virus fait le plus souvent appel, elle aussi, aux techniques immunologiques.

Si la bactériologie et la virologie représentent, avec leurs multiples aspects, l’essentiel de la microbiologie, il est néanmoins des disciplines voisines qui viennent en partie s’y intégrer.

Ainsi en est-il de la parasitologie , pour ce qui concerne les protozoaires, et des maladies qui leur sont dues, tels le paludisme, l’amibiase, ou la maladie du sommeil.

Ainsi en est-il surtout de la mycologie , quand elle traite des champignons microscopiques, dont les propriétés et les techniques d’étude sont bien proches de celles des bactéries (mêmes types de milieux de culture, mêmes méthodes d’examen microscopique). De nombreuses espèces de ces champignons inférieurs sont pathogènes pour l’homme ou l’animal, qu’il s’agisse de certaines levures ou des teignes, et c’est à ce titre que le microbiologiste médical est amené à s’occuper de mycologie.

L’agromicrobiologie est devenue une discipline autonome, dont les perspectives ont pris une importance capitale dans les préoccupations des écologistes. Qu’il s’agisse des problèmes d’épuration des eaux, de traitement des déchets, de contrôle des processus fermentaires ou de dépollution, les micro-organismes jouent un rôle indispensable au cœur de la recherche biotechnologique.

Au total, la microbiologie réalise une véritable symbiose de disciplines diverses, qui toutes ont en commun l’étude des formes les plus élémentaires de la vie.

• 1888; de microbe et -logie

n. f. Science qui étudie les microbes.

⇒MICROBIOLOGIE, subst. fém.

BIOL. Partie de la biologie qui étudie les organismes microscopiques animaux, végétaux et bactériens. Mais revenons à la microbiologie naissante : n'est-il pas curieux, et troublant à la fois, de constater que dans l'œuvre immense de Pasteur c'est précisément la pièce maîtresse, (...) la guérison de la rage, qui eut pour objet, une fois encore, la lutte contre un être submicroscopique? (P. MORAND, Confins vie, 1955, p. 17). Tandis qu'il se rendait [Koch] successivement en Afrique, aux Indes, à Java, aux États-Unis, au Japon, il posait ça et là les jalons de la microbiologie et de la parasitologie exotiques (BARIÉTY, COURY, Hist. méd., 1963, p. 712).

Prononc. et Orth. :[]. Att. ds Ac. 1935. Étymol. et Hist. 1883 (Encyclop. chim., publ. sous la dir. de E. Fremy, Paris, t. 9, p. VII). Comp. de microbio-, tiré de microbe (gr. et ) et de -logie, le mot est senti auj. comme comp. de micro- et de biologie.

DÉR. 1. Microbiologique, adj. a) Qui concerne la microbiologie. Un fait cependant restait troublant : des méthodes microbiologiques de plus en plus soignées permettaient d'isoler sans cesse de nouveaux microbes (P. MORAND, Confins vie, 1955 p. 18). b) Qui concerne les microorganismes en tant qu'ils relèvent de la microbiologie. Pour apprécier la qualité d'un levain en brasserie, on se base (...) sur sa pureté microbiologique (BOULLANGER, Malt., brass., 1934, p. 419). — []. — 1^re attest. 1886 (L. PASTEUR, lettre, 27 déc. ds Annales de l'Institut Pasteur, t. 1, 1887, p. 1 : études microbiologiques); de microbiologie, suff. -ique. 2. Microbiologiste, subst. et adj. (Celui, celle) qui s'occupe de microbiologie. En examinant avec un soin extrême où se trouvent les foyers principaux de ces maladies, les savants biologistes et microbiologistes avaient été guidés par l'esprit géographique (BRUNHES, Géogr. hum, 1942, p. 292). C'est ce qu'ont bien compris les microbiologistes soviétiques qui se sont attachés à l'étude du BCG et auraient réussi, semble-t-il, à mettre au point un nouveau vaccin d'un pouvoir protecteur beaucoup plus élevé (R. SCHWARTZ, Nouv. remèdes et mal. act., 1965, p. 130). — []. — 1^re attest. 1890 (MAUPASS., Notre cœur, p. 311); de microbiologie, suff. -iste.

microbiologie [mikʀɔbjɔlɔʒi] n. f.

ÉTYM. 1888, Séance de l'Académie des Sc., in Année sc. et industr. 1890, p. 552; de microbe, et biologie.

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♦ Didactique.

1 Vx. Science qui a pour objet l'étude des microbes.

2 Mod. (De micro-, et biologie). Science qui traite des organismes microscopiques et ultramicroscopiques (⇒ Bactériologie). || Autres branches de la microbiologie. ⇒ Mycologie, protistologie, virologie. || Techniques, procédés, matériel de la microbiologie. ⇒ Culture (microbienne), bouillon (de culture); gélatine, gélose, etc. || Découvertes de la microbiologie appliquées à la médecine. ⇒ Antisepsie, asepsie; sérum, stérilisation, vaccin.