À quelle vitesse les bactéries se multiplient
Avec une nourriture illimitée, une cellule qui se divise toutes les 30 minutes donnerait 281 474 976 710 656 cellules en 24 heures.
Temps de génération
Chez l’humain, une génération est le temps qui sépare un moment de la vie du même moment à la génération suivante, soit environ 25 ans. Cette idée convient mal aux bactéries, qui peuvent se diviser rapidement ou rester dormantes pendant des milliers d’années. Pour les bactéries et les archées, le temps de génération est défini comme la durée nécessaire au doublement de la population par un cycle de scissiparité. On l’appelle donc aussi temps de doublement.
Les temps de doublement varient énormément. Selon OpenStax, celui d’E. coli peut descendre à 20 minutes dans les meilleures conditions de laboratoire, alors que la même espèce peut avoir besoin de plusieurs jours dans un milieu défavorable. Mycobacterium tuberculosis met 15 à 20 heures, et M. leprae environ 14 jours. La température, les nutriments et le pH modifient la vitesse, mais pour une espèce et des conditions données, le temps de génération est fixé par ses gènes.
Compter les cellules
Si les cellules se divisent à rythme constant, leur nombre après n générations est le nombre initial multiplié par 2 à la puissance n : N = N₀ × 2ⁿ. Ici, n est le temps écoulé divisé par le temps de génération. OpenStax développe un exemple. Une cellule se divisant toutes les 30 minutes passe par 48 divisions en 24 heures : elle donne donc 2⁴⁸ = 281 474 976 710 656 cellules, plus simplement écrit 2.8 × 10¹⁴. Un second exemple part de 1 × 10⁵ cellules, avec un doublement en 30 minutes et 2 heures de croissance : cela fait 4 générations, donc 10⁵ × 2⁴ = 1.6 × 10⁶ cellules.
Fais glisser pour tourner. Fais défiler ou écarte et rapproche deux doigts pour zoomer.
Sur une échelle linéaire, cette croissance paraît presque plate sur une grande partie du graphique, puis augmente brutalement à la fin, car chaque étape ajoute autant de cellules qu’il en existe déjà. Les microbiologistes représentent généralement le logarithme du nombre de cellules. Sur une échelle logarithmique, chaque doublement fait monter la ligne de la même hauteur : une croissance exponentielle régulière devient donc une droite dont la pente indique la vitesse de croissance.
La courbe de croissance dans un flacon
Aucune culture réelle ne peut continuer longtemps à doubler. Quand on place quelques cellules dans un bouillon frais en flacon fermé, le nombre de cellules vivantes suit une courbe en quatre phases. Pendant la latence, ce nombre change peu : les cellules grossissent, fabriquent les protéines nécessaires au nouveau milieu et réparent les dommages éventuels. Pendant la phase logarithmique, ou exponentielle, elles se divisent régulièrement selon leur temps de génération. À mesure que les nutriments se raréfient, que les déchets s’accumulent et que le dioxygène s’épuise, la croissance ralentit puis s’arrête : pendant la phase stationnaire, autant de cellules naissent qu’il en meurt. Enfin, pendant le déclin, les cellules meurent plus vite qu’elles ne se divisent et leur nombre diminue.
Fais glisser pour tourner. Fais défiler ou écarte et rapproche deux doigts pour zoomer.
- Temps de génération (doublement) : durée nécessaire pour doubler la population.
- N = N₀ × 2ⁿ, avec n = temps ÷ temps de génération.
- Sur une échelle logarithmique, des doublements réguliers donnent une droite.
- Culture fermée : latence, croissance exponentielle, phase stationnaire, déclin.
- Une cellule se divise toutes les 30 minutes. Combien de générations en 24 heures ?
- Combien de cellules cela donne-t-il après 24 heures avec une nourriture illimitée ?
- Environ 2.8 × 10¹⁴
- Environ 48
- Environ 2304
- Environ 1 million
- Au départ, 100 000 cellules ; temps de doublement de 30 minutes ; croissance pendant 2 heures. Combien de cellules ? (écris le nombre entier)
- E. coli double toutes les 20 minutes, en partant d’une cellule : combien de cellules après 8 heures ?
- Dans un modèle de croissance exponentielle continue avec un doublement en 20 minutes, combien d’heures faut-il pour qu’une cellule dépasse 1 million ? (une décimale)
- Pendant quelle phase les cellules s’adaptent-elles au nouveau milieu sans augmenter en nombre ?
- Phase de latence
- Phase exponentielle
- Phase stationnaire
- Phase de déclin
- Pourquoi la croissance s’arrête-t-elle pendant la phase stationnaire ?
- Les nutriments se raréfient et les déchets s’accumulent : les naissances égalent les morts
- Toutes les cellules sont mortes
- Les cellules deviennent des virus
- La lumière est éteinte
- Classe les phases d’une culture bactérienne fermée.
- Sur un graphique semilogarithmique, une croissance exponentielle régulière ressemble à…
- une droite ascendante
- une ligne horizontale
- une courbe qui s’infléchit vers le bas
- un cercle
- Selon OpenStax, lequel possède le temps de doublement le plus long ?
- Mycobacterium leprae (environ 14 jours)
- E. coli en laboratoire (20 minutes)
- Mycobacterium tuberculosis (15 à 20 heures)
- Ils sont tous égaux
Sources de ce cours (15)
- OpenStax Microbiology 1.1 What Our Ancestors Knew (fermented drink from rice, honey and fruit in Neolithic China by 7000 BC, Saccharomyces cerevisiae in bread, Leeuwenhoek 1675 "animalcules" in rain water, Golden Age of Microbiology 1857 to 1914; openstax.org/books/microbiology/pages/1-1-what-our-ancestors-knew)
- 1.3 Types of Microorganisms (about 100 µm to see with the eye, animal cell about 10 µm, bacteria about 1 µm, viruses about 100 nm, three domains, coccus/bacillus/spirillum, archaea without peptidoglycan and in extreme places such as Morning Glory pool, protists, algae, diatoms 2 to 200 µm, protozoa with cilia, flagella or pseudopods, fungi with chitin walls, more than 1000 yeast species, molds and penicillin, helminths, prions about one-tenth of a virus; .../1-3-types-of-microorganisms)
- 3.1 Spontaneous Generation (Aristotle, van Helmont's mice recipe of 3 weeks, Redi 1668 with six jars, Needham 1745, Spallanzani, Pasteur 1858 gun-cotton filter, swan-neck flasks, Alhumbert Prize 1862, 1864 lecture; .../3-1-spontaneous-generation)
- 3.2 Foundations of Modern Cell Theory (Semmelweis 1847, 10 to 20 percent vs 1 percent, chlorinated lime; Snow; Pasteur 1856 fermentation; Lister 1867 carbolic acid; Koch's postulates; .../3-2-foundations-of-modern-cell-theory)
- 6.1 Viruses (acellular, obligate intracellular parasites, DNA or RNA never both, capsid, envelope, spikes, helical/polyhedral/complex, 20 nm to 900 nm, Ivanovski 1892 with the Chamberland filter of 1884, pore 0.1 µm, Beijerinck 1898 and virus = poison, Stanley 1935, host range, bacteriophages, FDA 2006 phage spray on lunch meats; .../6-1-viruses)
- 9.1 How Microbes Grow (binary fission, FtsZ Z ring, generation time, E. coli 20 minutes, human generation 25 years, M. tuberculosis 15 to 20 hours, M. leprae 14 days, 2^48 = 281,474,976,710,656 after 24 h at 30 minutes, Nn = N0 2^n, lag/log/stationary/death, budding, fragmentation, Epulopiscium; .../9-1-how-microbes-grow)
- Royal Society: Philosophical Transactions 12:821-831, published 25 March 1677, Leeuwenhoek's Dutch letter of 9 October 1676 "concerning little animals" (doi.org/10.1098/rstl.1677.0003)
- Royal Society archive EL/L1/22 (letter to Oldenburg dated at Delft, 18 pages, partial translation by Oldenburg)
- Royal Society blog "Celebrating Leeuwenhoek", 2023 (first letter via de Graaf, Phil. Trans. 19 May 1673; 190 letters in fifty years; died 26 August 1723 aged 90)
- N. Lane 2015, Phil. Trans. R. Soc. B 370:20140344 (upwards of 1,000,000 creatures in a drop of pepper-water; letter read aloud over several sessions)
- Lens on Leeuwenhoek, letter L-040 (Oldenburg printed less than half; Hooke succeeded later in 1677)
- CDC MMWR 53(34):783, 2004, 150th Anniversary of John Snow and the Pump Handle (31 August 1854, handle removed 8 September 1854, Vibrio cholerae isolated 1883; cdc.gov/mmwr/preview/mmwrhtml/mm5334a1.htm)
- CDC History of Smallpox and Smallpox timeline (Jenner 1796; 33rd World Health Assembly declared the world free of smallpox on 8 May 1980; cdc.gov/smallpox/about/history.html)
- American Chemical Society, Discovery and Development of Penicillin landmark (Fleming 1928 at St Mary's Hospital London, paper June 1929, Florey and Chain at Oxford from 1939; acs.org/education/whatischemistry/landmarks/flemingpenicillin.html)
- Fleming 1929, Br J Exp Pathol 10:226. Sender, Fuchs and Milo 2016, PLoS Biol 14:e1002533 (3.8 × 10^13 bacteria and 3.0 × 10^13 human cells in a 70 kg reference man, ratio about 1.3, bacteria about 0.2 kg).
Consulté le: 2026-10-17