Les termes aérobie/anaérobie n’ont pas la même signification selon que cela se rapporte à un milieu ou au métabolisme d’un micro-organisme.
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‍Un milieu est dit aérobique s’il se trouve en présence d’air, et par conséquent en présence d’oxygène. Dans le cas contraire le milieu est dit anaérobique.

En biologie et concernant les micro-organismes notamment les microbes (bactéries/levures/moisissures), les termes aérobie/anaérobie concernent le mode de respiration cellulaire du micro-organisme en question.

On parle alors de respiration aérobique d’un microbe ou de respiration anaérobique qui sont des termes spécifiques à la biologie n’ayant pas la même signification qu’un milieu aérobique ou anaérobique.

Dans les références vous trouverez  le lien d’un article qui résume les respirations cellulaires des bactéries. Je vous mets également le lien sur un résumé de cours sur la physiologie et la croissance des bactéries. Ce cours a été préparé par le professeur R. Courcol (Faculté de médecine - Université LIlle 2).

Au niveau cellulaire, une respiration aérobique est une suite de réactions chimiques qui fait intervenir le dioxygène (O2). Tandis qu’une respiration anaérobique fait intervenir des ions nitrates (NO3-), des ions ferreux (Fe3+), des ions sulfates (SO4 2-) ou de petites substances organiques.

‍Ces séries de réactions chimiques au cours d’une respiration cellulaire sont des réactions d’oxydo-réductions durant lesquelles, étape par étape,  il y a transfert d’électrons d’une substance à une autre. On parle alors de chaîne respiratoire.

On parle de respiration aérobique lorsque pour une chaîne respiratoire donnée, l’accepteur final d’électrons est le dioxygène (O2).
On parle de respiration anaérobique lorsque pour une chaîne respiratoire, l’accepteur final d’électrons est un ion nitrate (NO3-), un ion ferreux (Fe3+) , un ion sulfate (SO4 2-)  ou encore des petites molécules qui sont souvent des acides organiques ou leurs dérivés.

Dans le cadre de la respiration cellulaire des levures/moisissures/bactéries, l’accepteur final d’électrons le plus connu est le dioxygène. Mais il existe bel et bien d’autres accepteurs d’électrons pour des processus respiratoires anaérobiques.

La fermentation n’est autre qu’une respiration anaérobique. Ce qui ne signifie pas que le milieu doit être privé d’air ! Ça signifie tout simplement que lors de la respiration cellulaire du micro-organisme responsable de la dite fermentation, le dioxygène (O2)  n’est pas utilisé au cours de la chaîne respiratoire. Même si le dioxygène est présent dans le milieu, cela n’aura aucune incidence sur le déroulement de la fermentation puisque il est inutilisable par le microbe qui va plutôt utiliser autre chose que le dioxygène comme accepteur final d’électrons durant la série de réactions d’oxydo-réduction.

Il existe plusieurs types de fermentation et chaque type de fermentation fait appel à un microbe bien déterminé.
La fermentation alcoolique fait appel à des levures.
La fabrication du koji par exemple fait appel à des moisissures nobles.
La lacto-fermentation est un processus de fermentation parmi d’autres, elle fait appel aux bactéries lactiques.

Nous verrons plus loin la particularité des bactéries lactiques par rapport aux bactéries en général en ce qui concerne le mode de respiration cellulaire .

Confondre la définition biologique d’une bactérie anaérobique avec la définition d’un milieu anaérobique, de là est venue l’erreur qui se répand dans le milieu de la fermentation. Cette erreur a été d’affirmer que la lacto-fermentation de fruits et légumes doit se faire en milieu anaérobique ...

‍Malheureusement cette confusion est relayée dans de nombreux articles sur des blogs parlant de fermentations et aussi dans des livres et des vidéos, répétée inlassablement sur les réseaux sociaux. Dans les documents d’études scientifiques dignes de ce nom les termes utilisés sont bien différenciés : on y évoque la respiration cellulaire  aérobique ou anaérobique et lorsqu’il s’agît de l’environnement il est précisé si le processus est effectué en milieu aérobique ou anaérobique.

Il n’existe aucun document d’études scientifiques qui affirme que la lacto-fermentation de légumes ne peut se faire qu’en milieu anaérobique. Bien au contraire, les chercheurs ont démontré que la lacto-fermentation peut avoir lieu aussi bien en présence qu’en absence d’oxygène.

‍Je vous laisse dans les références, le lien d’une étude scientifique faite sur une bactérie lactique bien connue dans le monde de la lacto-fermentation des legumes : la lactobacillus plantarum. Lors de cette étude, qui à la base a été menée pour étudier la résistance au stress oxydatif de cette bactérie, une culture de la lactobacillus plantarum a été faite selon 4 conditions différentes : croissance fermentaire / milieu aérobique / milieu aérobique avec ajout d’hémine / croissance respiratoire. Les résultats ont donné des valeurs similaires des densités cellulaires finales en condition fermentaire dans un milieu aérobique et milieu anaérobique.

Maintenant que nous avons vu les généralités, nous allons voir de plus près tout cela et je vais vous expliquer en détail cette notion de respiration cellulaire aérobique/anaérobique. Une fois cette notion de respiration cellulaire aérobique/anaérobique expliquée, nous nous intéresserons aux bactéries lactiques dont les fonctionnements diffèrent de ceux des autres types de bactéries ainsi que ceux des levures et moisissures.

Les métabolismes de base des levures, des bactéries et des moisissures sont différents. On appelle métabolisme l’ensemble des réactions chimiques se déroulant à l’intérieur de la cellule leur permettant notamment de rester en vie et de se multiplier.

C’est la transformation du glucose au sein de leurs cellules qui constitue le métabolisme de base des levures bactéries et moisissures.

‍Selon le mode de transformation de ce glucose, il existe deux métabolismes de base : la respiration cellulaire et la fermentation.

‍Les levures, les moisissures et certaines bactéries ont deux métabolismes de base : la respiration cellulaire et la fermentation. Ce qui signifie qu’elles peuvent basculer d’un métabolisme à un autre selon les conditions physico-chimiques.

Les bactéries lactiques quant à elles n’ont qu’un seul métabolisme de base : la fermentation. Dans le jargon scientifique, on dit que les bactéries lactiques ne respirent pas.

L’étape commune du métabolisme de tous les microbes (levures, bactéries et moisissures) est la toute première transformation du glucose : la glycolyse.

La glycolyse est une série de 10 réactions chimiques successives  faisant intervenir à chacune de ces étapes une enzyme différente. A l’issue de ces 10 réactions chimiques, on obtient du pyruvate.

A la fin de la glycolyse, une fois le pyruvate formé, les chemins se séparent entre les levures/moisissures/bactéries en générale et les bactéries lactiques.‍

‍D’un côté c’est soit le processus de respiration cellulaire soit la fermentation  qui va avoir lieu pour les levures, les moisissures et les bactéries en générale;  tandis que de l’autre, pour les bactéries lactiques, seule la fermentation pourra se faire (c’est ce qui fait dire aux scientifiques, dans leur jargon, que les bactéries lactiques ne respirent pas).

Maintenant que nous avons identifié les chemins empruntés naturellement par les différents microbes une fois la glycolyse effectuée, nous allons nous intéresser à la respiration cellulaire et comprendre pourquoi les bactéries lactiques n’ont pas de métabolisme respiratoire.

‍Selon la morphologie du micro-organisme, qu’il soit eucaryote ou procaryote, le mécanisme de la respiration cellulaire est différent.

‍Les levures et les moisissures sont des eucaryotes alors que les bactéries sont des procaryotes.

Je vous ai expliqués que la respiration cellulaire est une série de réactions chimiques, des réactions d’oxydo-réductions plus précisément. Toutes réactions d’oxydo-réductions se réalisent avec transfert d’électrons : les électrons vont se balader d’un composé chimique à un autre. On aura donc nécessairement un donneur d’électron et un accepteur d’électron lors d’une réaction d’oxydo-réduction.

Ce transfert d’électrons lors de la respiration cellulaire est assurée par une enzyme de transport d’électrons appelée cytochrome.

Je note au passage qu’il existe différentes catégories d’enzymes selon leur fonction dans l’organisme d’un vivant. Dans le cadre de la décomposition des macro-nutriments en micro-nutriments il y a les lipases, les protéases et les amylases. Mais il y a aussi des enzymes appelées enzymes de transport qui sont chargées de véhiculer des substances chimiques jusque dans la cellule des organismes des vivants. On a par exemple des enzymes de transport spécifique au glucose, des enzymes de transport spécifique aux électrons, etc etc.

Cette enzyme de transport des électrons, le cytochrome, est synthétisée naturellement par les eucaryotes (levures et moisissures) et certains procaryotes (bactéries et archées).

Les bactéries lactiques ne synthétisent pas cette enzyme de transport d’électrons, le cytochrome, indispensable à la chaîne respiratoire. Cela explique la voie différente empruntée par les bactéries lactiques et qui constitue leur seule et unique métabolisme de base : la fermentation.

Une respiration cellulaire aérobique a comme accepteur final d’électrons le dioxygène (O2). Les bactéries aérobiques sont donc les bactéries qui utilisent le dioxygène lors de leur respiration cellulaire.

‍Un exemple de bactérie aérobique est la bactérie acétique que nous connaissons bien dans le milieu de la fermentation.

‍La fermentation acétique est une respiration aérobique. Et là encore c’est la méconnaissance de la notion de respiration aérobique/respiration anaérobique des microbes qui fait dire à certaines personnes que la fabrication du vinaigre n’est pas réellement une fermentation puisque le processus se fait en aérobie.

Un autre exemple de bactérie aérobique : Bacillus subtilis, la bactérie du natto (bactérie aérobie stricte). La production du natto est un autre procédé de fermentation, une fermentation alcaline. Je précise que cette fermentation se fait UNIQUEMENT  en présence d’air ! Donc vous voyez, non la fermentation n’est pas la vie sans air ...

Une respiration cellulaire anaérobique a comme accepteur final d’électrons des ions nitrates, des ions ferreux, des ions sulfites ou autres substances chimiques.

Les bactéries anaérobiques utilisent différents composés chimiques, autre que le dioxygène,  lors de leur respiration cellulaire. Les bactéries anaérobiques qui utilisent des ions nitrates comme accepteur final d’électrons au cours de leur chaîne respiratoire ont un rôle écologique très important car elles contribuent à la dénitrification du sol.

Les bactéries lactiques quant à elles n’ont pas de métabolisme de respiration cellulaire mais uniquement un métabolisme de fermentation. Ce qui signifie qu’elles ont recours naturellement à la fermentation lactique afin de produire l’énergie dont elles ont besoin pour rester en vie et se multiplier. Elles vont être naturellement présentes sur une niche écologique source de glucides: les matières organiques ! Cela justifie le fait que les bactéries lactiques se trouvent partout dans la nature, là où il  y a des matières organiques (sur les végétaux, dans le sol, …) . Par définition une matière organique est composée essentiellement de carbone, d’hydrogène et d’oxygène. L’eau par exemple n’est pas une matière organique.

Dans le cas d’une lacto-fermentation des fruits et légumes, même si l’oxygène est présent dans  le milieu, celui-ci ne sera pas utilisable par les bactéries lactiques dans la mesure où la constitution même de leur cellule ne le permet pas (absence de cytochrome dans leur cellule). Cela explique pourquoi la lacto-fermentation de fruits et légumes peut bien avoir lieu aussi bien en présence qu’en absence d’oxygène. Tout aussi bien que les autres lacto-fermentations que j’ai énumérées au tout début de cet article.

Toutefois, il a été découvert qu’une bactérie lactique spécifique : la lactococcus lactis qui se trouve naturellement dans le lait  a un potentiel respiratoire : cette bactérie lactique possède dans sa cellule un cytochrome inactif. Il existe un composé chimique exogène capable d’activer ce cytochrome. Si on ajoute dans le milieu de culture de cette bactérie lactique cet activateur de cytochrome, alors la bactérie va pouvoir procéder à une respiration cellulaire. Les scientifiques se focalisent sur la particularité de cette bactérie lactique car cela représente un intérêt industriel colossal … Je vous laisse le lien de cet article dans les références.

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