Source: Christopher P. Corbo¹, Jonathan F. Blaize¹, Elizabeth Suter^1
1 Département des sciences biologiques, Wagner College, 1 Campus Road, Staten Island NY, 10301

Les cellules procaryotes sont capables d'habiter presque tous les environnements de cette planète. En tant que royaume, ils possèdent une grande diversité métabolique, leur permettant d'utiliser une grande variété de molécules pour la production d'énergie (1). Par conséquent, lors de la culture de ces organismes en laboratoire, toutes les molécules nécessaires et spécifiques nécessaires à la mise en énergie doivent être fournies dans les médias de croissance. Alors que certains organismes sont métaboliquement diversifiés, d'autres sont capables de survivre dans des environnements extrêmes tels que des températures élevées ou basses, un pH alcalin et acide, des environnements réduits ou absents en oxygène, ou des environnements contenant beaucoup de sel (2,3,4). Qualifiés d'« extrémophiles », ces organismes ont souvent besoin de ces environnements intenses pour proliférer. Lorsque les scientifiques cherchent à cultiver de tels organismes, les composants des médias ainsi que toutes les conditions environnementales spécifiques doivent tous être pris en compte afin de cultiver avec succès les organismes d'intérêt.

Les scientifiques sont capables de cultiver des organismes culturables en laboratoire parce qu'ils comprennent les exigences spécifiques dont ces espèces ont besoin pour croître. Cependant, les organismes culturables représentent moins de 1 % des espèces estimées à être sur la planète (5). Les organismes que nous avons détectés par séquençage génétique mais qui ne sont pas en mesure de croître en laboratoire sont considérés comme incultes (6). À l'heure actuelle, nous n'en savons pas assez sur le métabolisme et les conditions de croissance de ces organismes pour reproduire leur environnement en laboratoire.

Des organismes exigeants se situent quelque part entre les deux premiers. Ces organismes sont culturables, mais ils nécessitent des conditions de croissance très spécifiques, telles que des composants spécifiques des médias de croissance et/ou des conditions de croissance spécifiques. Deux exemples de ces genres sont Neisseria sp. et Haemophilus sp., qui nécessitent tous deux des globules rouges partiellement décomposés (également connu sous le nom d'agar de chocolat), ainsi que des facteurs de croissance spécifiques et un environnement riche en dioxyde de carbone (7). Sans tous les composants spécifiques requis, ces organismes ne se développeront pas du tout. Souvent, même avec toutes leurs exigences, ces organismes se développent mal.

Contrairement aux cellules eucaryotes, qui ne peuvent se développer que dans un environnement aérobie ou contenant de l'oxygène, les cellules procaryotes sont capables de se développer anaérobie en utilisant plusieurs voies de fermentation pour générer suffisamment d'énergie (8). D'autres procaryotes préfèrent un environnement microaérophile, ou réduit d'oxygène, ou même un environnement capnophilique, ou à haute teneur en dioxyde de carbone (9). Ces organismes sont plus difficiles à enrichir, car l'atmosphère doit être modifiée. Les scientifiques qui travaillent fréquemment avec des organismes sensibles à un environnement oxygéné travailleraient normalement dans une chambre anaérobie et un incubateur, où un gaz lourd et inerte comme l'argon est pompé pour déplacer l'oxygène (10). D'autres utilisent des systèmes de paquets de gaz scellés disponibles de façon conventionnelle qui utilisent de l'eau pour produire de l'hydrogène et du dioxyde de carbone, ainsi qu'un catalyseur comme le palladium pour éliminer tout l'oxygène atmosphérique. Ces kits disponibles dans le commerce peuvent créer l'une des conditions atmosphériques mentionnées ci-dessus (10).

Qu'il s'agisse de cultiver un agent pathogène pour déterminer une infection potentielle ou de chercher à identifier une espèce spécifique de bactéries présentes dans un environnement naturel, un problème existe. Aucune espèce bactérienne n'habite un seul habitat. Les bactéries vivent comme des communautés multicellulaires partout, de la peau des humains aux océans de notre planète (11). Lorsqu'ils tentent d'isoler une espèce de bactéries, les scientifiques doivent s'efforcer d'exclure les nombreux autres organismes qui habitent également la zone isolée. Pour cette raison, les supports de croissance enrichis pour les bactéries exercent souvent deux fonctions. La première est de rendre les médias sélectifs. Un agent sélectif empêchera certaines espèces de croître, sans qu'elles n'inhibent et, souvent, ne favorisent même pas la croissance d'autres espèces (12). La deuxième fonction des ingrédients des médias peut être de travailler comme agents différentiels. Ces agents permettent l'identification d'une caractéristique biochimique particulière d'un organisme isolé. En jumelant plusieurs médias sélectifs et différentiels différents ainsi que des conditions de croissance appropriées, les scientifiques et les diagnostiqueurs sont en mesure d'identifier la présence d'espèces bactériennes spécifiques à partir d'un isolat particulier.

Un exemple d'un média sélectif et différentiel aidant à l'identification est dans le cas de l'organisme cliniquement significatif Staphylococcus aureus. Cet organisme est généralement cultivé sur l'agar de sel de mannitol. Ce milieu sélectionne non seulement pour les organismes qui peuvent vivre dans un environnement de haute teneur en sel, qui comprennent certains grammes positifs comme Le Staphylococcus, mais il inhibe également tous les organismes sensibles au sel. Le sucre de mannitol est la composante différentielle de ce milieu. De toutes les espèces de Staphylococcus cliniquement significatives, seul S. aureus est capable de fermenter le mannitol. Cette réaction de fermentation produit de l'acide comme sous-produit, ce qui fait jaunir l'indicateur rouge rétorque dans les médias. D'autres espèces de Staphylococcus (comme Staphylococcus epidermidis) bien que capables de croître, laisseront les médias de couleur rouge.

Cet exercice de laboratoire démontre la technique aseptique appropriée, aussi bien que l'inoculation appropriée des médias de croissance du bouillon. Il introduit également la croissance d'organismes contaminants communs sur les supports d'enrichissement, l'utilisation d'un système de culture anaérobie paquet de gaz pour les bactéries anaérobies, et l'utilisation de différents médias sélectifs et différentiels pour l'identification présumée de gram bactéries positives et gramnégatives.