Notre bactérie modèle Sphaerotilus natans

Morphologie S. natans a tout d’abord été décrit sous sa forme de filament. Mais ce microorganisme possède la caractéristique de pouvoir croître sous deux morphologies différentes : filaments et cellules   dispersées (cf. Figure 8). Les facteurs environnementaux ou les conditions de culture peuvent induire l’orientation vers une forme de croissance ou l’autre. Figure 8 : S. natans sous ces deux formes de croissance : A) filamenteuse et B) dispersée (Suzuki et al., 2002) L’aspect de filament a déjà été décrit précédemment. En ce qui concerne l’état unicellulaire, les cellules ont une forme de type bacille, c’est-à-dire cylindrique à bouts hémisphériques. Leur taille varie entre 1,2 à 1,8 µm de diamètre et 3 à 8 µm de long. Ces cellules individuelles peuvent être mobiles et posséder une touffe de flagelles subapicale (Hoeniger et al., 1973) (cf. Figure 9). Figure 9 : A) section longitudinale d’un filament gainé de Sphaerotilus natans cultivé en bouillon sans glucose (à gauche) et avec glucose (à droite). B) Touffe de flagelles dans la région subpolaire d’une cellule dispersée et mobile. C) Cellule dispersée flagellée .Phylogénie Sphaerotilus natans a été décrite pour la première fois en 1833 par Kützing et était d’abord nommée S. natans Kützing (Bahr, 1953). Ce microorganisme a été redécouvert en 1875 par Cohn qui en raison de son aspect ramifié l’a baptisé Cladothrix dichotoma. Cette dénomination n’est aujourd’hui plus utilisée. Stokes a lui aussi largement étudié cette espèce par la suite (Stokes, 1954). Cinq souches de S. natans sont actuellement référencées. Leur désignation courante est celle qui leur a été attribuée par la collection de l’ATCC : ATCC 13338T (1ère souche isolée), ATCC 13929, ATCC 15291, ATCC 29329 et ATCC 29330. S. natans appartient à la classe des Bétaprotéobactéries et à la famille des Burkholderiales. Dans le Bergey’s of systematic bacteriology (Vol.3, 1994-2004), elle est classée, sur des bases morphologiques, dans le groupe des bactéries gainées (sheathed bacteria), comme Leptothrix. Ces deux microorganismes sont très proches et ils sont d’ailleurs souvent regroupés sous la désignation de groupe Sphaerotilus-Leptothrix. Ce rapprochement se base sur leurs caractéristiques morphologiques communes (la présence d’une gaine autour du filament, la présence de granules de PHB dans leur cytoplasme) et sur le fait que la teneur en GC de leur génome est très proche (Crombach et al., 1974) : 69,7 % pour S. natans, 69,6 % pour L. cholodnii et 71,2 % pour L. discophora. Bien qu’elles soient effectivement très proches, certaines caractéristiques permettent cependant de différencier Sphaerotilus de Leptothrix. En premier lieu la taille des cellules. Celles de Sphaerotilus sont plus larges. Les fausses ramifications, très caractéristiques de S. natans ne sont jamais rencontrées chez Leptothrix. Des études phylogénétiques ont cependant permis de mettre en évidence une véritable différence entre ces espèces (Siering & Ghiorse, 1996). On pourrait donc séparer ce groupe en 3 lignées : une lignée S. natans et deux lignées Leptothrix (cf. Figure 10) qui restent cependant proches d’un point de vue phylogénétique. Chapitre I : Synthèse Bibliographique 57 Figure 10 : Arbre phylogénétique basé sur les séquences partielles du gène de l’ARNr 16S (Siering & Ghiorse, 1996) Le génome de S. natans n’est à l’heure actuelle pas encore séquencé. Seules quelques séquences nucléotidiques de l’espèce sont disponibles dans les banques de données, et elles correspondent principalement à l’ARNr

Physiologie générale

Sources de carbone et d’énergie

S. natans est capable d’utiliser une large gamme de composés organiques comme source de carbone et d’énergie : glucose, galactose, sucrose, maltose, mannitol, sorbitol, succinate, sorbitol, fumarate, butanol, glycérol, lactate, pyruvate, acétate et éthanol (Scheuring & Höhnl, 1956). L’acétate et le butyrate peuvent également faire partie des sources de carbones. Cependant, au-delà d’une certaine concentration, ils s’avèrent toxiques. En ce qui concerne des composés tels que le lactose, le xylose, l’arabinose, le benzoate, le propanol ou le méthanol, on n’observe qu’une très faible croissance, voire même aucune croissance (Stokes, 1954).

Sources d’azote

S. natans peut utiliser lors de sa croissance une grande variété de sources d’azote, comme par exemple des sels d’azote inorganique, des mélanges d’acides aminés ou bien encore des peptones ou des extraits de viandes (Stokes, 1954).

Température

En considérant un milieu favorable à la croissance de S. natans et contenant 0,1% de glucose et de peptone, ainsi que des sels minéraux, toutes les souches se développent, dans une gamme de température comprise entre 15 et 40°C. La température optimale de croissance est d’environ 30°C, et les croissances à 15 et 40°C sont lentes (Stokes, 1954).

pH

On obtient une croissance rapide et abondante si la culture est réalisée dans un milieu ayant un pH situé entre 6,4 et 8,1. En dessous de 5,5 aucune croissance n’est possible, mais elle peut être initiée au pH de 9 ou 10 (Stokes, 1954). 3.3.5 Besoins en oxygène S. natans est un microorganisme aérobie, il ne peut se développer en absence d’oxygène (Mechsner, 1983). Ceci est notamment mis en évidence par sa tendance à se développer à la surface des tubes ou flasques lorsqu’il est cultivé en milieu liquide. Il peut cependant croître en présence de très faibles quantités d’oxygène, mais il ne supporte pas les longues périodes d’anaérobiose.