Pr

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Science en Fête, option Biologie 2007-08
Objectif Revoir et approfondir des notions
simples théoriques et pratiques de microscopie et
de microbiologie dans le but daccompagner des
élèves de classes primaires lors de la séance
danimation scientifique observons les
microbes le vendredi 12 octobre 2007
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Séances danimation de 2h  Observons les
microbes  (9-12 ans)

• Objectifs (p 4 à 6)
• par lexpérimentation, comprendre les notions
  suivantes
• Des outils qui permettent de voir ce qui est
  invisible à loeil nu microscope, loupe
• Les microbes sont des cellules vivantes ils se
  multiplient dans des conditions favorables
• Il existe de très nombreuses espèces de microbes
  (exposition)
• Les microbes sont présents partout, autour de
  nous et sur nous
• On peut se prévenir de linfection par les
  microbes et on peut arrêter leur multiplication

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Licence Scientifique Générale Science en Fête -
option biologie
Séance B1 Observer le  microscopique 
Théorie Historique Ordres de
grandeur Notions doptique géométrique Descripti
on des loupes et microscopes Observations 5
organismes différents (eucaryotes et procaryotes)
4
Historique de la microscopie
- Micro petit, -scope observer - 1ères
observations - 1632-1723 Anthony Van
Leeuwenhoek . 1 lentille x 300 -
1635-1703 Robert Hooke terme  cellule 
5
Historique de la microscopie
Terme  cellule 
Robert Hooke 1665
6
Historique de la microscopie

• - Micro petit, -scope observer
• - 1ères observations - 1632-1723 Anthony Van
  Leeuwenhoek.
• 1 lentille x300
• - 1635-1703 Robert Hooke.
• terme  cellule 
• 1810-1882 Théodor Schwann, La théorie cellulaire
  
• un être vivant plusieurs unités de
  construction identiques unités microscopiques
  appelées cellules unité de base du vivant
• Homme environs 100 000 milliards de cellules
  pluricellulaire microbe 1 cellule
  unicellulaire
• 1960 Développements technologiques récents
• Microscope électronique x 30 000
• Microscope optique x 1 500, utilisation des
  lasers, de la fluorescence microscope confocal,

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Microscopie Linfiniment petit devient visible
Zoom sur une tête dépingle
8
Ordres de grandeur

• Résolution distance minimum entre 2 objets
  distincts
• Résolution de lœil 0,2 mm
• Limite inférieure de résolution des microscopes
  photoniques (lumière) 0,2mm

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Ordres de grandeur
101 1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5
10-6 10-7 10-8 10-9 10-10
10
Ordres de grandeur
Si une cellule eucaryote avait la taille dun
immeuble de 6 logements
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Notions doptique (annexe 2)
Rappels doptique géométrique à lusage des
loupes et microscopes Construction dune image
formée par une lentille convergente de distance
focale OF OF Fv 1- Les rayons passant par
le centre de la lentille ne sont pas déviés 2-
Les rayons passant par le point focal objet (F)
sortent de la lentille perpendiculairement à
laxe de la lentille 3- Les rayons arrivant
perpendiculairement à laxe de la lentille
convergent au point focal image
(F) Lintersection de ces 3 rayons défini le
point image produit par la lentille
B
F
O
A 
3 rayons utiles
A
F
Fv
B
Fv
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Notions doptique
Rappels doptique géométrique à lusage des
loupes et microscopes (annexe 2)
3 rayons utiles
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Notions doptique
Le Microscope (annexe 3)
Microscope 2 lentilles minces de distances
focales Fv1 et Fv2. Lobjectif (Ob) distance
focale très courte, qq mm, loculaire (Oc)
également à courte distance focale, qq cm.
F2

• soit lobjet AB
• la lentille ob. projette 1 image intermédiaire
  réelle AiBi formée en avant du plan focal de la
  lentille oc.
• La lentille oc. projette 1 image finale virtuelle
  AB
• -Le cristallin de lœil projette 1 image réelle
  quil focalise (accomodation) sur la rétine

Oc
F2
F1

Ob
F1
B
Intervalle optique DF1F2 est fixe, varie selon
modèles de 15 à 20 cm. Mise au point distance
Objet-Ob est modifiée
A
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Observations
- cellules épithéliales doignon (200 mm) -
Cellule épithéliale buccale (50 mm) - Levure de
boulangerie (10 mm) - Bactérie (3 mm)
Démarche à suivre - Observer à loeil nu -
Quel est lappareil mieux adapté pour
lobservation microscopique ? Loupes qques mm
à 0.1 mm Microscopes 0.1mm à 0.2 µm - Que
voit on avec loupe ou microscope que lon ne
voyait pas à lœil ?
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Observation de cellules au microscope
-Description du microscope, mise au point
-Estimation de la taille réelle dun objet
Champ du microscope cercle blanc quand on
regarde dans oculaire - Mettez grossissement 100
X - Placez lame avec papier millimétré sur
platine - En observant quadrillage, évaluez
dimension du diamètre du champ à 100 X ex. si
on voit 1,5 carré, le champ fait 1,5 mm de
diamètre soit 1500mm ( 1 mm 1000 mm). -
Observez lobjet, estimez sa taille par
comparaison avec taille du champ ex. si
lobjet fait 1/4 du champ, cad 1/4 de 1500mm,
soit 350mm - Observations
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Des images de cellules observées au microscope
- Cellule eucaryotes (10 à 100 mm) très
diversifiées
- 200 types différents de cellules dans corps
humain - Chaque type a 1 fonction précise
neurone
globule rouge
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Des images de cellules observées au microscope
- Cellule eucaryotes (10 à 100 mm) très
diversifiées
- Nombreux organes internes faits de membranes -
Matériel génétique délimité par une membrane
noyau
cytosol
noyau
mitochondrie
RE
golgi
mb cytoplasmique
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Des images de cellules observées au microscope
- Levure de boulangerie, Saccharomyces cerevisiae
(10 mm) Organisme unicellulaire
Appelée levure bourgeonnante car se multiplie par
bourgeonnement
A
bourgeon
Cellules au microscope optique ( 400 x)
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Licence Scientifique Générale Science en Fête -
option biologie

• Séances danimation Observons les microbes
  (9-12 ans)
• Objectifs par lexpérimentation, comprendre les
  notions suivantes
• Des outils qui permettent de voir ce qui est
  invisible à lœil nu microscope, loupe
• Les microbes sont des cellules vivantes ils se
  multiplient dans des conditions favorables
• Il existe de très nombreuses espèces de microbes
• Les microbes sont présents partout, autour de
  nous et sur nous
• On peut se prévenir de linfection par les
  microbes et on peut arrêter leur multiplication

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Introduction B2
Microbe (gr. Mikros, petit, et bios, vie) Être
vivant, constitué par une seule
cellule microscopique, non visible à loeil lt
0,2 mm
Définition du vivant....
Capable de se reproduire à lidentique de façon
autonome
UN PEU DHISTOIRE Développement de la
microbiologie expérimentale Isoler,
caractériser, cultiver des microbes Utilisation
de matériel stérile et pratique des techniques
dasepsie. Un seule cellule contaminante fait
échouer une expérience
Spallanzani (1729-1799) Le premier à cultiver
des microbes en utilisant du jus de viande placé
dans une bouteille Les microbes ne poussent
pas si le jus de viande a été bouilli et reste à
l'abri de l'air. Si le liquide vient en contact
avec l'air, les microbes se développent.
Réfutation de la la théorie de la génération
spontanée.

• Pasteur ( 1860) clôt cette controverse .
• Les microbes (germes) partout dans lair.
• Organismes vivants unicellulaires, agents de la
  fermentation, de la putréfaction, des maladies
  infectieuses.

Controverse qui dure 1 siècle Certaines spores
microbiennes présentes dans des infusion
végétales résistantes à la chaleur, germent
dans le milieu nutritif même après stérilisation
par la chaleur
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Organismes vivants les microbes se multiplient
dans un environnement favorable
Paramètres à définir pour des conditions de
culture optimales

• Eau (90 )
• Nutriments sucre (source énergétique et source
  carbone), azote (synthèse acides aminés et
  bases),
• sels minéraux (NaCl....),
• vitamines,
• éléments rares (Zn, Cu, Fe....)
  
• Salinité (équilibre osmotique entre lintérieur
  et lextérieur)
• Température
• Oxygénation (aérobie/anaérobie)
• pH

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La molécule deau, une molécule bipolaire
23
Na
Cl-
24
Leau exclu les molécules apolaires dites
hydrophobes (hydrocarbures, graisses)
25
La membrane plasmique qui entoure la cellule et
celles qui entourent les organites
intracellulaires sont de bicouches lipidiques
26
Des conditions de multiplication spécifiques pour
chaque espèce
Cultures sélectives en fonction du pH du
milieu La levure Lacidité du jus de raisin,
(très sucré et peu de protéines), favorise la
multiplication sélective de la levure responsable
de la fermentation du sucre en alcool Le
lactobacille La forte concentration en protéines
dans le lait neutralise le milieu et favorise la
multiplication sélective du lactobacille
responsable de la fermentation du lactose en
acide lactique lacidification qui en résulte
provoque la coagulation de la caséine
On sait cultiver certains microbes (mais pas
tous) en laboratoire
27
(No Transcript)
28
Cultures en milieu liquide
29
La croissance clonale permet la purification
(isolement) dune souche parmi dautres souches
présentes dans un milieu (expérience 2)
Réaliser des cultures de microbes nécessite de
travailler stérilement (conditions dasepsie)
(vaisselle, milieux, environnement)
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Classification des microbes
Les levures, Les champignons filamenteux, les
Ciliés
Eubactéries Gram- Gram cyanobactéries
Eucaroytes 10 à 100 µm Matériel génétique
délimité par une membrane noyau
(karyon) Nombreux organites internes faits de
membranes
Procaroytes 1-3 mm matériel génétique non enfermé
dans un noyau délimité, tous unicellulaires,
Archae bactéries (conditions de vie extrêmes)
Virus (20-300 nm) ne se multiplient que dans une
cellule
31
(No Transcript)
32
Les microorganismes procaryotes Les bactéries
(1-3 mm)
cyanobactéries
E coli
Helicobacter
Anabaenas
Archae methanopyrus
33
Les microorganismes eucaryotes (10-100 micron)
34
Les Virus
Leur taille est variable de 20 à 300 nanomètres
Leur taille est très inférieure à la taille
d'une cellule (100 à 1000 fois inférieure)
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Les microorganismes sont omniprésents dans
lair, le sol, leau, le corps humain, les
animaux, les plantes ex 10000 microbes /gr de
sable Très nombreuses espèces différentesgt 1000
Ecosystèmes très variés
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Certains microbes sont nécessaires à notre
santé
Flore microbiennes du corps -gtdéfense
immunitaire passive -gtE. coli aide à la
digestion, assimilation de la vitamine K
Le Tube Digestif
Certains microbes sont utiles Par exemple pour
la fabrication du pain, du vin, des fromages
Pour produire des médicaments (antibiotiques),
des vaccins
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Certains microbes sont nuisibles (pathogènes) Ils
infectent les plantes, insectes, poissons,
oiseaux, animaux Ils sont responsables des
maladies infectieuses
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Prévention et différents modes de conservation
des aliments Empêcher la contamination par les
germes laver, filtrer, tuer (eau de javel,
chaleur, radiations)
Empêcher la multiplication des germes Salaison
(déshydratation) Sucre (déshydratation) Vinaigre
(acidité) Le séchage (déshydratation) Le
froid (ralentissement du métabolisme) La
congélation (modification de la structure de
leau)
Les antibiotiques
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La guerre des espèces bactériennes
Penicillium (champignon filamenteux)
E. coli

• Tous les antibiotiques ne sont pas actifs sur
  toutes les espèces bactérienne.
• On parle du spectre daction dun antibiotique
• Par exemple
• E coli est sensible à lamoxicilline
• ne lest pas à la josacine

Certaines espèces bactériennes produisent et
excrètent des antibiotiques dans leur
environnement et empêchent ainsi la
multiplication dautres espèces de bactéries qui
sont sensibles à ces antibiotiques, alors que les
bactéries productrices sont résistantes. Les
Streptomyces (bactéries) produisent environ deux
tiers de tous les antibiotiques connus
B3
40
Modes de fonctionnement des antibiotiques
(pénicilline )
(tétracycline chloramphénicol)
B3
41
Immunité (biologie) ensemble des facteurs et des
processus qui protégent lorganisme contre les
micro-organismes et les substances étrangères ou
anormales
Immunité passive dues aux barrières naturelles
constituées par la peau (épiderme) et les
muqueuses
Epiderme -gtbarrière physique par la couche
cornée (keratinocytes) imperméable au milieux
hydrosolubles -gtsa flore empêche la
prolifération dautres microbes Ses sécrétions
sébacées disposent un film protecteur et englobe
les particules -gtLa desquamation de la couche
cornée entraîne avec elle flore microbienne et
sécrétions (renouvellement en 30 j) -gtCellules
immunitaires présentes dans lépiderme cellules
de Langherans qui sont les macrophages de la peau
(vers la réponse immunitaire spécifique)
B3
42
Qu'est-ce qu'un biofilm ? L'activité
microbiologique dans un écosystème (environnement
aquatique, sol, corps humain, ...) provient en
majeure partie d'une flore adhérant aux surfaces
dans une structure de type biofilm et/ou
agrégats. Un biofilm est défini comme un
assemblage supramoléculaire constitué de colonies
bactériennes fixées sur un support et enfermées
dans une gangue polymère encapsulatrice
(constituée de polysaccharides, de protéines,
d'acides nucléiques,...). L'organisation, la
forme, la densité de ces assemblages ne sont pas
liés au hasard. Cette construction est une
réponse aux variations des conditions
écologiques.
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• La taille, la forme, la disposition de cellules,
  la présence dun ou plusieurs flagelles et leur
  mode daccrochage permettent aussi de
  différencier les espèces bactériennes
  (observation au microscope).
• Le métabolisme est le principal caractère de
  différenciation des espèces bactériennes (test de
  croissance sur différents milieux)

Distinguer les espèces microbiennes