Bacillus subtilis

Bacillus subtilis est une bactérie catalase-positive que l'on trouve habituellement dans le sol, mais c'est surtout une espèce ubiquitaire.

Bacillus subtilis

Bacillus subtilis

Bacillus subtilis sporulant

Nom binominal

Bacillus subtilis
Ehrenberg, 1835

Synonymes

• Bacillus globigii
• Bacillus natto
• Bacillus uniflagellatus
• Vibrio subtilis

Description

Coupe transversale (échelle donnée par la barre de 25 μm)

Culture de laboratoire, sur gélose, de Bacillus subtilis

Comme son embranchement l'indique, c'est une bactérie à gram +.

Sa longueur varie de 2 à 4 µm et sa largeur de 0,5 à 2 µm. Elle a pour forme cellulaire des bâtonnets droits à bout arrondis. Elle est mobile grâce à une ciliature péritriche (un système de flagelle qui recouvre tous les côtés de la surface d'une bactérie). Elle est aérobie stricte, sa température optimale est de 40 °C (espèce mésophile) et son type trophique est chimioheterotrophe. Enfin, son temps de génération est d'environ 26 minutes. Les conditions optimales de croissance de cette souche se situent pour un pH compris entre 5,5 et 8,5, et à une température de 10 °C à 50 °C.

Comme d'autres espèces, B. subtilis peut se constituer une coque protectrice dure (endospore) lui permettant de tolérer des conditions environnementales difficiles ou extrêmes, mais contrairement à plusieurs autres espèces bien connues, elle est une aérobie stricte.

B. subtilis peut produire ou co-produire des biofilms qui peuvent abriter d'autres espèces, éventuellement pathogènes.

Elle n'est pas considérée comme pathogène pour l'homme, mais elle peut contaminer des aliments et peut exceptionnellement provoquer une intoxication alimentaire.

Ses spores peuvent survivre à de très hautes températures, telles que celles communément utilisées pour cuire les aliments. Elle peut être responsable de la présence de zones collantes ou gluantes dans le pain. Néanmoins, une souche de B. subtilis (anciennement connu sous le nom Bacillus natto) est utilisée dans la production commerciale au Japon d'une préparation alimentaire appelée natto.

D'autres souches de B.subtilis ont d'autres applications commerciales. Par exemple, la souche B. subtilis QST 713 (commercialisé sous le QST 713 ou Serenade™) a une activité fongicide naturelle et est pour cette propriété employée comme agent de lutte biologique en agriculture

B. subtilis peut servir à repeupler la flore intestinale par un bacille antibiorésistant, non pathogène.

C'est un organisme de choix pour l'étude de la sécrétion protéique et un des outils ou modèles génétiques les plus aisément manipulables avec la levure.

Observation macroscopique de la colonie

Forme irrégulière

• translucide
• couleur blanc crème ou jaune
• élévation : bossue
• surface brillante
• marge dentelée
• consistance gluante

Une bactérie modèle

Bacillus subtilis est fréquemment utilisé comme outil génétique comme Escherichia coli et les levures. Son étude approfondie comme modèle des bactéries gram+ a permis d’établir les voies de métabolisme cellulaire et la régulation cellulaire. Le séquençage total de son génome a été réalisé pour la première fois en 1997 par Kunst puis révisé par Zeigler en 2008. Ceci a permis de mettre en place de nouvelles approches expérimentales dites globales comme la transcriptomique et l’analyse des 4 200 gènes contenus dans son génome.

B. subtilis est un excellent modèle pour l'étude de bactéries pathogènes, telles que Staphylococcus aureus, Streptococcus pneumoniae, Bacillus anthracis, responsable de la maladie du charbon, Bacillus cereus, à l'origine d'infections alimentaires ou encore Listeria monocytogenes. On l'utilise pour chercher à répondre à des questions telles que :

• Quelles sont les stratégies génétiques qu'utilisent ces bactéries pour se développer, ou provoquer des maladies ?
• Comment se multiplient-elles ? (contrôle de la différenciation cellulaire)
• Comment se protègent-elles ? (par les biofilms, la sporulation, etc.)
• Peuvent-elles transférer des gènes entre elles ?
• Comment combattre une bactérie pathogène au sein d'un organisme infecté ?
• Comment manipuler génétiquement une bactérie ?

Une meilleure connaissance des génomes permettra de répondre à beaucoup de ces questions.

En termes de popularité dans les laboratoires, B. subtilis est l'équivalent Gram-positif de Escherichia coli, qui est très étudiée comme modèle de bactérie Gram-negative.

Une source d'enzymes pour l'industrie

Sa capacité à croître rapidement, à atteindre de hautes densités cellulaires et à sécréter un grand nombre de molécules en a fait un outil suscitant l’intérêt des industries agroalimentaires et sanitaires pour ses enzymes et les industries pharmaceutiques et cosmétologiques pour ses molécules à large spectre d’activités biologiques, notamment les antibiotiques. Bacillus subtilis est capable de produire des molécules peptidiques que ne sont pas issues du dogme central de la biologie moléculaire qui est la synthèse peptidique non ribosomale NRPS.

L'industrie agroalimentaire, pharmaceutique et biochimique, s'intéresse aussi à Bacillus subtilis. Elle est, en effet, source d'enzymes industrielles telles les amylases, utilisées dans l'industrie du pain, ou encore des protéases et cellulases, dans l'industrie des détergents.

La variété natto de B. subtilis sert au Japon à fabriquer le natto, un plat traditionnel à base de soja fermenté.

Sa capacité à produire des antibiotiques, comme la bacitracine en fait un organisme d'intérêt également pour l'industrie pharmaceutique.

Un exemple d'adaptation

Coloration de gram montrant des Bacillus subtilis

Bacillus subtilis est une bactérie qui forme des spores capables de survivre dans des conditions extrêmes, révélant une adaptation très ancienne.

Sur la centaine de gènes contrôlant cette sporulation, la plupart sont déjà connus. On cherche via ce modèle à comprendre la survie remarquable, à des conditions encore plus extrêmes, des archées. En comparant les génomes de ces deux types de micro-organismes, les étapes de l'adaptation et de l'évolution seront mieux comprises.

Réglementation

Sur le plan de la réglementation des produits phytopharmaceutiques :

• pour l’Union européenne : la souche QST 713 (identique à la souche AQ 713) de Bacillus subtilis est inscrite à l’annexe I de la directive 91/414/CEE par la directive 2007/6/CE.
• pour la France : Bacillus subtilis QST 713 est autorisée dans la composition de préparations bénéficiant d’une autorisation de mise sur le marché.

Elle est employée comme agent de lutte biologique contre la pourriture grise (Botrytis cinerea) de la vigne.

Bacillus subtilis est soumise à la règlementation 1107/2009 pour une utilisation phytosanitaire. Ainsi, elle est autorisée en tant que substance active au niveau européen. Aujourd'hui, plusieurs produits commerciaux possèdent une AMM française pour une utilisation contre la pourriture grise de la vigne. Ces produits n'ont pour autant pas d'autorisation de mise sur le marché sur la cible Mildiou.

 produits commerciaux : SerenadeMax®, Rhapsody®...

Mode d'action

La bactérie Bacillus subtilis agit à plusieurs niveaux : elle rentre en compétition avec les agents pathogènes pour les éléments nutritifs, empêche leur fixation sur la plante tout en stimulant les défenses naturelles des végétaux.

Synthèse d'efficacité

Bacillus subtilis a montré des efficacités intéressantes dans la lutte contre le Mildiou dans les conditions expérimentales présentées comparé à un témoin non traité. Cependant, en forte pression la protection des grappes n'est pas suffisante.  Il pourrait donc être opportun de tester ces produits en France pour acquérir des références sur son efficacité dans nos conditions de culture. Actuellement, Bacillus subtilis ne peut être considérée telle quelle comme une alternative au cuivre.

1 Dans le cas d’un changement de statut règlement et d’une autorisation d’utilisation phytosanitaire contre le Mildiou.

2 Liste non exhaustive, les distributeurs peuvent vous proposer ces produits sous d’autres noms commerciaux.

Mode d’action

La bactérie Bacillus subtilis possède plusieurs modes d’action : elle entre en compétition avec des agents pour les éléments nutritifs, mais empêche également leur fixation sur la plante tout en stimulant les défenses naturelles des végétaux.

Règlementation

Bacillus subtilis est soumise à la réglementation 1107/2009 pour une utilisation phytosanitaire et autorisée en tant que substance active au niveau européen. Aujourd’hui, plusieurs produits commerciaux possèdent une AMM française pour une utilisation en viticulture mais uniquement contre le Botrytis.

Synthèse

Bacillus subtilis a montré des efficacités intéressantes dans la lutte contre le Mildiou dans les conditions expérimentales présentées comparé à un témoin non traité. Cependant, en forte pression, la protection des grappes n’est pas suffisante. Il pourrait donc être opportun de tester ces produits en France pour acquérir des références sur son efficacité dans nos conditions de culture. Actuellement, Bacillus subtilis ne peut être considérée telle quelle comme une alternative au cuivre.

Leur association au cuivre pourrait être une solution intéressante mais le cuivre pourrait affecter le développement des bactéries au champ. Des traitements découplés sont à envisager dans de nouveaux essais.