-Généralités
-Formation du biofilm
-Biofilm dans le domaine médical
-Cas de la mucoviscidose
-Le «biofouling» dans le domaine industriel




Définitions

Slime

• étudié chez le staphylocoque et pyo
• composé essentiel du biofilm
• c’est un exopolysaccharide produit par les bactéries
• permet adhésion et cohésion des bactéries entre elles
• peut abriter une ou plusieurs espèces bactériennes
• a une épaisseur variable
• sa production est fonction de l’environnement Biofilm (= slime + bactéries + glycoprotéine)


• matrice constituée d’eau, d’ exopolysaccharides , de protéines et d’acides nucléiques
• Exopolysaccharides sont des hétéropolymères (monosaccharides, phosphates, pyruvates, succinates)
• arrangement tridimentionnel de bactéries ( plusieurs communautés bactériennes), decharges globales négatives (le plus fréquemment), neutre ou positive en fonction desexopolysaccharides qui peuvent être hydrophiles ou hydrophobes
• adhésion à une surface
• Architecture des biofilm largement gouvernée par la nature et le quantité desexopolysaccharides synthétisés, dépend des propriétés physicochimiques du fluideenvironnant Il existe différentes architectures du biofilm

• film, patch, structure en champignon





Constat



99% des bactéries sont fixées à des supports solides dans les écosystèmes eau, sol, surface





Quels supports?



Toutes les interfaces « solide- liquide » sont propices à l’adhésion, puis à la colonisation bactérienne pour produire le biofilm


Quelques exemples de conséquences négatives du biofilm



1.
Résistance aux biocides et aux antibiotiques (étude sur le modèle de la mucoviscidose)

2.
Contamination des surfaces en agro-alimentaire (notion de «biofouling»)

3.
Infections nosocomiales

4.
Autres infections ou colonisations • cathéters, prothèse • tissus (émail des dents, os, coeur…) • plaque dentaire • Lentilles …

Quelques exemples de conséquences positives du biofilm

Biotechnologie


production de médicaments (insulines, héparines… )
production de vinaigre (acetobacter spp)
industrie des fromages …

Biofiltres

traitement des eaux usées urbaines et industrielles traitement des effluents gazeux ( composés odorants, xénobiotiques traitement des sols pollués





Formation du biofilm
Trois grandes étapes de formation
1-attachement initial
2-formation de microcolonies
3-formation d’un biofilm mâture

1-Attachement initial

O ’Tool et Kolter => deux classes de bactéries mutantes « sad » (surface attachment defective):

-classe flagellée mobile, non adhérente

-classe à pili IV (poil appendiculaires « hair-like appendage ») adhérente





2-formation de microcolonies

  • La classe à pili IV (poil appendiculaires « hair-like

appendage ») adhérente
• formation d ’une couche monocellulaire (mais pas de formation d ’une colonie)
• mobilité « twitching » permettant une agrégation des cellules donnant naissance à des microcolonies
Remarques: 1 ce mécanisme est décrit comme une interaction spécifique « clef serrure » c’est

à dire existence de contraintes stéréochimiques type « ligand récepteur »
2 cette adhésion spécifique entre micro organismes pourrait être un facteur important dans l’ordre d’implantation des cellules microbiennes au sein du biofilm et donc sur sa structure





3-formation d’un biofilm mâture

  • attachement à une surface solide => activation de

génes spécifiques

• algC, algD, algU… lac Z
• gènes indispensables dans la synthèse de polysaccharides extracellulaires (alginates) ou exopolymère (pour former des microcolonies)




• maturation de l’attachement bactérien dans un biofilm différentié c’est-à-dire structure d ’exopolysaccharide abritant des germes résistants aux biocides.
• La résistance aux biocides, la structure tridimensionnelle et l’épaisseur du biofilm sont:
• sous la dépendance de signaux chimiques:
• pour les bactéries Gram - = acylhomosérinelactone (AHL)
• ces signaux chimiques ou « quorum-sensing » sont produits par les bactéries sessiles sous la dépendances du gène Las I qui régulent leur expression génétique




• sous la dépendance d’une coopération métabolique
• capacité à concentrer et/ou de combiner localement leurs enzymes digestives
• développement d’un microorganisme entraîne des modifications de son environnement, qui peuvent entraîner le développement d’autres bactéries





En résumé


• Phase 1
• Transport de cellules microbiennes
• Phase 2
• Adhésion initiale
• Phase 3
• consolidation de l ’adhésion par la synthèse de composés extracellulaires
• colonisation du support par multiplication et agrégation des cellules




Proposition d’un modèle de formation du biofilm

Détachement et dispersion de cellules planctoniques
1-« quorum-sensing »
2-abrasion

Développement préférentiel Caractéristiques d’un biofilm médical

Conséquences : -chronicité des infections
-résistance aux

antibiotiques et aux biocides





Développement préférentiel Se développe préférentiellement sur : surfaces inertes (matériel médical...) tissu (os, coeur…)

Caractéristiques d’un biofilm médical


Conséquences

chronicité des infections


Chronicité des infections à partir de l’infection d’un matériel prothétique (PTH,valve cardiaque…), d ’un cathéter ou d’autres matériels étrangers expliquée par :


• la multiplication bactérienne se fait à l’intérieur du biofilm qui est une matrice impénétrable aux Ac et aux phagocytes
• dans une même espèce bactérienne, les cellules sessiles du biofilm sont beaucoup moins sensibles aux antibiotiques et antiseptiques
• le slime produit par les bactéries, a un rôle important
• diminue les fonctions des PN neutrophiles (diminution du chimiotactisme, de la phagocytose…)
• diminue la production des monocytes et des lymphocytes B et T
• infections à partir d ’un biofilm sont plus lentes à être symptomatiques





résistance aux antibiotiques et aux biocides


Constat
les infections à partir d’un biofilm ne sont pas résolues par les mécanismes de défense de l’hôte : immunités cellulaire et humorale

les anticorps, les antibiotiques, les biocides ont une action sur les cellules planctoniques, mais n’ont aucune action sur les cellules sessiles du biofilm

Le biofilm complique la lutte antibactérienne car il existe des mécanismes multiples de résistances





Trois mécanismes de résistance d’un biofilm


• pénétration difficile des antibiotiques et biocides
• inactivation des antibiotiques et biocides
• croissance plus faible des cellules superficielles




Le fichier intégral sur le biofilm.pdfbiofilm avec illustrations.