Ii existe plusieurs millions d'espèces vivantes sur notre planète, au moins dix millions d'espèces animales et deux millions d'espèces végétales auxquelles





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La pasteurisation est un autre procédé de stérilisation par chauffage limite dans le temps. Ce procédé fut mis au point par Louis Pasteur dans le cours des années 1880 pour prévenir des fermentations secondaires (fermentation acétique par exemple) a cote de la fermentation alcoolique normale du vin et de la bière. Appliqué actuellement a la conservation du lait sur une certaine période de temps, il consiste en un chauffage de 63°C pendant 1 h ou de 72°C pendant 15 sec ou de 140°C pendant moins de 1 sec (UHT ou "ultra High température").

Le lait ainsi stérilisé conserve ses propriétés gustatives. Avec PASTEUR s'achevait 1'histoire agitée et passionnelle de la génération spontanée. Alors s'ouvrit la période d'or de la microbiologie.

Avant la seconde guerre mondiale s'amorce un second souffle de la microbiologie avec la chimiothérapie et 1'antibiothérapie, suivi par le démarrage explosif dans les années cinquante de la biologie moléculaire. Dans les dernières années du XXe siècle, la microbiologie classique prend le statut de microbiologie moléculaire et participe a part entière à I’ ingénierie génétique.
MICRO-ORGANISMES ET CHIMIE DES FERMENTATIONS

On savait depuis des siècles que les milieux ou proliféraient les microorganismes étaient le siège de modifications chimiques avec dégagement de gaz et processus de putréfaction. Au cours de la fermentation alcoolique, le sucre présent dans le jus de raisin disparaissait, de 1'éthanol s'accumulait et du gaz carbonique était dégagé. En 1837, le chimiste français Charles CAGNIARD-LATOUR (1777-1859) et les cytologistes allemands Theodor SCHWANN et Friedrich KUTZING (1807 -1897) montrèrent par microscopie optique non seulement la présence constante, mais aussi la prolifération d'un micro-organisme typique, une levure, dans le jus de raisin en état de fermentation.

SCHWANN baptisa cette levure Saccharomyces ou champignon de sucre.

CAGNIARD-LATOUR et SCHWANN penchaient pour une relation directe entre la levure et la fermentation. Telle n'était pas 1'opinion du chimiste allemand Justus VON LIEBIG (1803 - 1873) qui soutenait que la fermentation était une réaction essentiellement chimique au même titre que la putréfaction, sans relation aucune avec la nature vivante de la levure.

En 1857, PASTEUR entreprit une série de recherches sur les fermentations, une œuvre monumentale qui jetait les bases de la biochimie microbienne. II démontra 1'existence de plusieurs types de fermentations facilement différenciables par le (ou les) produit(s) qui en etai(en)t issu(s) : fermentation lactique (1857), ethanolique (1860), butyrique (1861), acétique (1864).

MICRO-ORGANISMES ET PATHOLOGIES INFECTIEUSES

Des le XVIe siècle, on admettait la notion de maladies contagieuses, c'est-a-dire de maladies qui se propagent a partir d'un sujet malade a un sujet sain. La cause de la contagion restait cependant inconnue. En 1840, a 1'hôpital central de Budapest, Ignaz SEMMELWEIS (1818 -1865) avait constate que, dans un des services d'obstétrique dont il avait la charge, le simple fait d'observer des mesures d'asepsie au moment de 1'accouchement, désinfection des mains et

port d’une blouse propre, faisait chuter le nombre de cas de fièvre puerpérale mortelle. L'idée d'une contagion par micro-organismes devenait probable. Plus tard, un chirurgien de Glasgow, Joseph LISTER (1857 -1912), qui se tenait au courant des expériences de PASTEUR, décida de mettre en œuvre des mesures d'aseptise au cours des actes opératoires, utilisant a cet effet la désinfection des plaies par pulvérisation d'acide phénique ainsi que la stérilisation systématique des instruments opératoires. Le nombre d'accidents infectieux postopératoires diminua de façon spectaculaire.

En 1875, Ferdinand COHN public une première classification des bactéries ou apparait le terme Bacillus et fonde la même année le journal Beitrage zur Biologie der Pflanten ou seront publiées les premières découvertes des bactériologistes allemands, en particulier celles de

KOCH. Avec PASTEUR et KOCH, COHN peut être considéré comme 1'un des pionniers de la microbiologie. A partir de la fin du XIXe siècle, le vocable microbiologie désigne la science des micro-organismes avec une connotation fortement médicale ;

Le terme microbe avait été adopte en 1878 par 1'Académie des sciences sur proposition du

chirurgien Charles Emmanuel SEDILLOT (1804 -1883

La specificite bacterienne des maladies infectieuses

La première preuve du rôle d'une espèce bactérienne spécifique dans une pathologie clairement identifiée par ses symptômes fut apportée par Robert KOCH (1843 -1910) avec le bacille du charbon Bacillus anthracis et le rôle de ce bacille dans la maladie du charbon. Cette maladie fort répandue au XIXe siècle provoquait des ravages dans les troupeaux de bovins et de moutons.

Elle tirait son nom de la couleur noire du sang et de la rate des animaux morts et autopsies. En 1850, le médecin et bactériologiste français Casimir DAVAINE (1812 -1882) avait mis en évidence par examen microscopique la présence de bâtonnets allonges dans le sang des moutons morts du charbon. Ce n'est que treize ans plus tard en 1863, après une publication par PASTEUR décrivant une certaine espèce bien définie de bactéries responsables de la

fermentation butyrique, que DAVAINE réalisa qu'il devait exister une relation entre les bâtonnets microscopiques présents dans le sang de moutons malades et la maladie du charbon. Encore fallait-il démontrer que les bactéries à forme de bâtonnets étaient la cause et non la conséquence de la maladie du charbon. La démonstration en fut faite en 1876 par Robert KOCH. (Robert KOCH, Prix Nobel de physiologie et de médecine (1905).)
A la fin des années 1870, PASTEUR étudiait les symptômes du cholera des poules, une maladie mortelle chez les oiseaux, différente du cholera humain. II recherchait aussi si la virulence de la bactérie responsable était modifiée par transfert répète, en dehors de la poule, d'un milieu de culture (bouillon de viande stérile) a un autre milieu

C'est pendant 1'été 1879 que des circonstances fortuites conduisirent PASTEUR à faire une découverte fondamentale. De retour à son laboratoire après une absence de quelques semaines, PASTEUR procéda à 1'inoculation de poules saines avec la culture bactérienne qui avait eté abandonnée. Les poules inoculées étant restées indemnes, il décida alors de leur

Injecter cette fois une culture bactérienne "neuve". Les poules résistèrent à 1'infection. Elles avaient été involontairement vaccinées ? PASTEUR venait de découvrir le principe de 1'atténuation de la virulence bactérienne, ce qui permettait de mettre en ceuvre une technique rationnelle de vaccination

La defense de I'hote contre I'invasion bacterienne

En 1798, un jeune médecin britannique, Edward JENNER (1749 - 1823) fit le rapprochement entre la vaccine (du latin Vacca = vache), une maladie caractérisée par 1'apparition de pustules sur le pis de la vache infectée et la variole une maladie mortelle chez l'homme. JENNER observa que des vachers contamines par la vaccine développaient une maladie bénigne et qu'au cours d'une épidémie de variole, ils échappaient a 1'infection. II confirma 1'action postulée de la vaccine sur des volontaires. Le terme vaccination fut initialement crée pour designer la protection procurée par la vaccine contre 1'agent de la variole.

Le terme vaccination fut par la suite étendu pour designer toute forme de protection immune. A PASTEUR revient le mérite d'avoir trouve la raison pour laquelle la vaccination protège.
Les premiers pas dans la therapeutique antimicrobienne
Quant à la pénicilline, son épopée commence en 1928 quand le bactériologiste britannique Alexander FLEMING (1881 -1955) remarque sur une boite de PETRI remplie de gélose nutritive ensemencée avec des staphylocoques une moisissure autour de laquelle les staphylocoques avaient cesse de proliférer, la plupart ayant été lyses. La moisissure était le Penicillium notatum. Ce n'est qu'en 1940 qu'Howard FLOREY 1131 (1898 -1969) et Ernst CHAIN (1906 -1979) furent en mesure d'isoler sous une forme purifiée une quantité suffisante du produit actif du Penicillium notatum, la pénicilline, pour être injecte à quelques souris préalablement inoculées avec une suspension de streptocoques virulents. L'effet antibiotique de la pénicilline dépassa tous les espoirs. A partir de 1942, sa production à grande échelle fut prise en charge par 1'industrie pharmaceutique américaine.
LA NECESSAIRE CLASSIFICATION DES BACTERIES

En 1884, le bactériologiste danois Christian GRAM (1853 - 1935) mit au point la coloration qui porte son nom et qui permit de classer les bactéries en deux grands groupes, les bactéries Gram + et les bactéries Gram -. Dans cette technique, les bactéries étalées sur lame de verre sont traitées d'abord par une solution de cristal violet, puis par une solution iodée, et enfin elles sont lavées avec de 1'éthanol. Certaines bactéries retiennent le colorant (Gram +), d'autres ne le retiennent pas (Gram -). On a démontre plus tard que la rétention ou le relâchement du colorant tenait a une différence de structure de 1'enveloppe bactérienne.

La terminologie des bactéries utilise le système linnéen binomial, c'est-a-dire le genre suivi de 1'espèce. Souvent, le genre réfère au chercheur découvreur de la bactérie. Ainsi, 1'entérobactérie Escherichia coli a été ainsi nominée en honneur de Theodore ESCHERICH (1857-1911) qui la découvrit en 1884. Quelquefois, le nom de la bactérie provient d'une racine grecque ou latine.

LES ETAPES VERS LE CONCEPT DU GENE SUPPORT DE L'HEREDITE

En croisant de multiples variants d'espèces végétales, en d'autres termes en réalisant

des hybridations dans le but d'améliorer le rendement et la qualité de la production agricole, des botanistes a la fin du XVIII siècle et au début du XIXe, parmi lesquels Josef KOELREUTER (1733 -1806) en Allemagne, Andrew KNIGHT (1759 -1838) en Angleterre, Augustin SAGERET (1763 -1851) et plus particulièrement Charles NAUDIN (1815 -1899) en France étaient parvenus grâce a 1'examen des caractères de plusieurs milliers d'hybrides aux conclusions suivantes :

- le gamète male et le gamète femelle contribuent tous les deux au phénotype de la descendance,

- les hybrides de la première génération que l’on appelle par convention FI sont identiques,

- par contre, dans la deuxième génération p2, les individus présentent une

Certaine variabilité.

. Gregor MENDEL, le découvreur des lois de la transmission des caractères héréditaires

Gregor MENDEL est ne en 1822 d'une famille paysanne dans un petit hameau de la Moravie, province qui a cette époque faisait partie de I’ empire austro-hongrois des Habsbourg et qui, après la première guerre mondiale, allait devenir la Tchécoslovaquie. Son prénom était Johann ; il prendra celui de Gregor lors de son entrée dans 1'ordre des Augustins. La Moravie était une région carrefour de 1'Europe avec un fort développement agricole, industriel et scientifique. L'une des principales villes, Brno, avec le monastère des Augustins ou MENDEL passa une partie de sa vie, était un centre renomme de 1'industrie lainière. L'ordre des Augustins dirige à cette époque par une forte personnalité, 1'abbé NAPP, avait une vocation non seulement religieuse, mais aussi enseignante, avec des mathématiciens, des botanistes et des minéralogistes.

L'abbé NAPP, très féru d'arboriculture et d'horticulture, fut président de la Société d'Agriculture de Brno, une société savante qui compta dans ses rangs dans les années 1860 plus de cent cinquante membres, la plupart professeurs, médecins, pharmaciens et naturalistes amateurs. Les problèmes discutes étaient aussi bien pratiques que théoriques, en particulier les mécanismes mis en jeu dans la transmission des caractères des espèces vivantes au cours de 1'hybridation. C'est dans ce contexte particulièrement favorable par son ouverture scientifique que le génie créatif de MENDEL a pu s'épanouir. Remarque pour sa vive intelligence par son maitre d'école, Johann MENDEL est envoyé dans un collège voisin de sa ville natale ou il continue des études secondaires. A 18 ans, il entre a 1'université d'Olomouc et y suit les cours de théologie, philosophie, mathématiques et physique pendant deux ans. A bout de ressources, mais souhaitant poursuivre un parcours scientifique, MENDEL, sur le conseil et avec 1'appui de son professeur de physique décide d'entrer comme novice chez les Augustins de Brno. L'abbé NAPP lui promet une large autonomie pour ses études scientifiques. En 1843, Johann MENDEL devient le frère Gregor MENDEL. II donne des cours de mathématiques dans le lycée d'une petite localité proche de Brno. En 1851, il s'inscrit à I’ université de Vienne pour acquérir une formation scientifique qui puisse lui permettre d'enseigner officiellement. II a la chance d'avoir comme professeur le célèbre physicien Christian DOPPLER (1801 -1853). II suit aussi les cours de mathématiques, de chimie, et de sciences naturelles. Excellent en physique, en chimie et en mathématiques, MENDEL fut recale en zoologie, sans doute pour s'être oppose aux conceptions de son examinateur dont la pensée fixiste était proche de celle du naturaliste français Georges CUVIER. De retour a Brno, MENDEL enseigne la physique et les sciences naturelles au collège de la ville. II consacre cependant beaucoup de son temps libre à des expériences d'hybridation sur des plantes.

Bien que classe comme botaniste a cause de ses travaux sur le pois et d'autres végétaux, MENDEL ne se départit jamais de sa culture de physicien et de mathématicien, ce qui au fond fit la différence avec ses collègues naturalistes et fut a 1'origine d'une des grandes découvertes de la biologie. Son mérite est d'avoir formule des lois simples de transmission des caractères héréditaires sur la base d'évaluations statistiques dans des expériences d'hybridation mettant en couvre un système modèle judicieusement choisi dans le règne végétal, une légumineuse, le pois.

On peut se demander pourquoi MENDEL avait choisi le pois comme modèle

D’expérimentation. En fait, il semble qu'il 1'ait fait après un certain nombre d'essais préliminaires sur plusieurs espèces de plantes. Les expériences de MENDEL commencées en 1856 s'achèveront en 1865 après plusieurs milliers de croisements entre des espèces de pois choisis pour différer par un seul caractère parmi sept qui avaient été soigneusement sélectionnes : aspect lisse ou ride de la

Graine, couleur jaune ou verte des cotylédons, couleur blanche ou teintée des fleurs, forme rectiligne ou charnue de la gousse, position axiale ou terminale de la fleur, couleur verte ou jaune de la gousse, taille longue ou courte de la tige.

C'est une quarantaine d'années plus tard que Ton saura que les caractères choisis par MENDEL étaient gouvernes par des gènes localises sur des chromosomes différents. Par ailleurs, I’ autofécondation chez le pois est la régie. MENDEL vérifia que les pois gardaient après autofécondation les mêmes caractères sur plusieurs générations.

Dans une première série d'expériences, MENDEL réalisa des croisements par fécondation artificielle croisée, en transférant le pollen prélève a partir d'étamines d'une fleur d'une plante sur le pistil d'une fleur d'une autre plante. Les espèces croisées différaient par un seul caractère, par exemple graines lisses et graines ridées. Ces expériences dites de mono hybridisme furent réalisées dans le jardin botanique du monastère des Augustins. En croisant des pois à graines lisses avec des pois à graines ridées MENDEL obtint à la première génération (F1) des pois hybrides à graines lisses, tous identiques. En partant de 253 plants de la génération F1I et en procédant par autofécondation (pollen de 1'étamine d'une fleur transfère sur le pistil de la même fleur), il récolta à la deuxième génération (F2) 7324 graines dont 5474 étaient lisses et 1850 étaient ridées. II y avait donné trois fois plus de graines lisses que de graines ridées. Les résultats de ces expériences furent exposes publiquement devant la Société d'histoire naturelle de Brno en 1865, puis publics en 1866 dans les comptes-rendus de la même Société. Us mettaient en évidence deux types de caractères dans la

Filiation héréditaire, des caractères récessifs et des caractères dominants, et en outre ils apportaient une touche quantitative a partir de laquelle pouvaient être formulées des hypothèses sur le fonctionnement de 1'hérédité et d'ou se dégageait 1'idée de facteurs particulaires porteurs des caractères héréditaires.

L'analyse des descendants de la première génération F1 puis de la deuxième génération F2 révélait deux faits particulièrement significatifs :

+ En croisant des pois lisses avec des pois rides, seuls étaient obtenus des pois lisses. Le phénotype lisse était donné dominant et le phénotype ride récessif, et a la première génération FI le caractère récessif était masque par le caractère dominant,

* dans la génération suivante F2 obtenue a partir des graines de la génération FI par autofécondation, les caractères récessifs réapparaissaient a cote des caractères dominants, avec un rapport stœchiométrique parfaitement reproductible : trois quarts des graines étaient lisses et un quart était ride.

MENDEL en avait conclu que le caractère ride était demeure présent dans 1'hybride sous une forme latente, sans qu'il y ait eu mélange avec le caractère lisse. II se produisait donné dans la génération F2 une disjonction ou ségrégation des caractères récessifs et dominants, alors que dans la génération FI le caractère récessif (ride) était reste latent, masque par le caractère dominant (lisse).

En 1868, MENDEL succéda à 1'abbé NAPP comme supérieur du monastère des Augustins de Brno. Son travail scientifique souffrit des charges administratives nombreuses qui des lors lui incombèrent. A 1'epoque ou ils furent publics, les travaux de MENDEL ne susciterent apparemment pas un grand interet. Les repartitions statistiques des caracteres analyses restaient sans explication au plan cellulaire et a fortiori moleculaire. II convient de noter que, contrairement a une opinion repandue, la diffusion de ces travaux avait ete relativement large et

avait atteint les principales universites et instituts de recherche europeens. II faudra cependant attendre une cinquantaine d'annees pour les voir rationalises avec la theorie chromosomique de 1'heredite et la notion de genes. Carl Wilhelm NAGELI (1817- 1891), un botaniste suisse renomme qui etait egalement verse dans la pratique de 1'hybridation et avait eu une longue correspondance avec Gregor MENDEL resta sceptique et ne fit aucun commentaire dans un livre qu'il ecrivit en 1884 sur la theorie de 1'heredite. II y avait aussi a cette epoque une certaine tendance a considerer comme futiles des recherches sur des pois, alors que 1'economie rurale reclamait plus d'efforts pour des buts utilitaires comme la production du lait chez la vache, de la laine chez le mouton ou des epis pour le ble. II faut enfin rappeler qu'apres la parution en 1859 de L'Origine des Especes par Charles DARWIN le centre d'interet des biologistes se deplaga vers un debat quasi-passionnel sur la nature des mecanismes impliques dans revolution des etres vivants.

La redecouverte des lois de MENDEL

En 1900, au cours d'experiences sur differentes especes des plantes le Hollandais Hugo DE VRIES, 1'Allemand Carl CORRENS (1864 -1933) et 1'Autrichien Erich TSCHERMAK (1871 -1962) trouverent qu'un certain nombre de caracteres etaient transmis dans la descendance selon des modalites similaires a celles que MENDEL avait decrites quarante ans plus tot. On peut s'etonner que, dans son premier article adresse en mars 1900, a Paris, aux Comptes rendus de Académie des sciences, DE VRIES n'ait fait aucune mention des travaux de MENDEL, bien

Que ses résultats et ses conclusions fussent strictement identiques. CORRENS de même que TSCHERMAK reconnaitront d'emblée 1'antériorité de MENDEL.
Thomas MORGAN et la théorie chromosomique de l’hérédité

Thomas MORGAN avait reçu à 1'université Johns Hopkins de Baltimore une formation de zoologiste et d'embryologiste qui se retrouve dans son ouvrage sur le développement de 1'œuf de grenouille public en 1897. En 1904, on offre à MORGAN la chaire de zoologie expérimentale à 1'université Columbia. C'est la que débuteront ses fameuses expériences sur la drosophile (Drosophile melanogaster) ou mouche du vinaigre. Au cours des nombreuses visites qu'il fit en Europe a cette époque, il eut 1'occasion de rencontrer DE VRIES. De cette rencontre, MORGAN ressortit

Convaincu de 1'intérêt des mutations pour 1'étude des mécanismes de 1'hérédité. Pour aborder cette étude, son choix se porta sur la mouche du vinaigre, la drosophile, typique avec ses yeux rouges. Ceci pour deux raisons majeures :

- un cycle de vie court, de 1'ordre de deux semaines, associe à une forte fécondité,

Ce qui permettait une analyse statistique confortable des descendants et

Procurait une certaine chance d'observer des mutations;

- un nombre restreint de chromosomes, seulement quatre paires, ce qui facilitait

1'examen microscopique et fut un facteur favorable pour 1'étude des

Recombinaisons.

Une autre raison dont 1'intérêt apparut ultérieurement fut 1'existence de chromosomes

géants dans les glandes salivaires. Le choix de MORGAN se révéla particulièrement heureux. II se solda quelques années plus tard par 1'établissement des premières cartes génétiques et des premières cartes cytologiques.
Le travail sur la structure de 1'ADN prit un tournant décisif en 1951. Bénéficiant d'un échantillon d'ADN de grande pureté prépare par le biochimiste suisse Rudolf SIGNER (n. 1903) a partir de laitance de saumon, Maurice WILKINS et ses collaborateurs Alexander STOKES (n. 1919) et Herbert URLSON (n. 1929) au

Kings Collège de Londres obtinrent des images de diffraction qui étaient compatibles avec une structure hélicoïdale

C'est pendant le printemps 1952 que se joua la partie finale d'une quête de plusieurs dizaines d'années, qui allait déboucher sur une révolution conceptuelle. Confirmant sur une base structurale d'une évidente élégance la primauté de 1'ADN comme matériel informatif de la cellule

En 1963, Johns CAIRNS (n. 1924) réussissait à extraire 1'ADN de la bactérie Escherichia coli sans endommagement grâce a une lyse douce par un détergent, le laurylsulfate, ou par le lysozyme, en évitant tout traitement mécanique
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