antarctique biofilms
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Les biofilms bactériens Organisation en biofilm • Formes de vie primitives moins sensibles à environnement hostile : – éléments chimiques – facteurs physiques – condition sine qua non de survie • Antarctique biofilms (algues et bactéries)/roches • Bactéries modernes descendantes de ces formes colonisant la terre avec succès Stromatholites Antonie van Leeuvenhoek 1632-1723 taxocellwall.jpg Deux types de bactéries • Bactéries planctoniques Bactéries sessiles Méthodes d’étude au laboratoire ? Deux types de pathologies • Bactéries Bactéries sessiles planctoniques • Infections bactériennes Bactéries de aiguës l’environnement : • Peste Pseudomonas • Antibiotiques, vaccins Legionella (maîtrise) Nouvelles pathologies • Autrefois – immunodéprimés ne résistaient pas à bactéries planctoniques • Aujourd’hui – immunodéprimés sensibles à bactéries de l’environnement (domicile, hôpital) Définitions • « ensemble de cellules isolées et de microcolonies de cellules filles, associées entre elles et/ou aux surfaces et interfaces, et incluses dans une matrice constituée d’exopolysaccharides bactériens, de matières organiques et non organiques, ainsi que de macro-molécules piégées du milieu environnant » Paramètres en cause Support des bactéries – flore cutanée (cathéters) – exogènes (infections nosocomiales) Efficacité des défenses naturelles Nature du support Facteurs de virulence du micro-organisme (adhésines, synthèse d’exopolysaccharide, …) Les biofilms bactériens • 99 % des bactéries à l’état adhéré • Bactéries, fongi, algues, protozoaires • Capacité d’adhérer dans milieu naturel – Critère de sélection Les biofilms bactériens • 15 % de cellules • 85 % matériel de matrice (polysaccharide) IMPACT DES BIOFILMS Industrie maritime Secteur industriel Réseaux d’eau Industrie du papier Industrie alimentaire Secteur médical Légionelloses Plaque dentaire Implants et Prothèses Mucoviscidose Effets néfastes • Phénomènes de corrosion, encrassement • Processus infectieux - en liaison avec l’environnement et surfaces procédures de nettoyage et désinfection - en liaison avec systèmes d’adduction et traitement de l’eau (Pseudomonadaceae) Dispositifs médicaux implantables • Cathéters Dispositifs médicaux implantables • Valves cardiaques Détachement de morceaux de biofilms embols dans capillaires Dispositifs médicaux implantables • Lentilles intra-oculaires CATARACTE -- 22 CATARACTE Traitement chirurgical Ultrasons Noyau du cristallin Pièce à main de phacoémulsification Sac cristallinien Ablation du cristallin opacifié Noyau du cristallin Sac cristallinien Implant Mise en place d'un implant intra-oculaire Implants rigides : - PMMA Implants souples : - Silicone - Acryliques hydrophiles ou hydrophobes Dispositifs médicaux implantables Implants osseux (prothèse de hanche, genou, ) Formation du biofilm • Nécessité d’une phase aqueuse : film entre cellule et support – Eau (environnement) – Fluides biologiques • Urines (cathéters) • Sang (valve cardiaque) • Humeur aqueuse (œil) •… Formation du biofilm • Adhésion change expression phénotypique de 30 % des protéines Yu & Costerton, 1995 Formation du biofilm • Pseudomonas aeruginosa gène algC contrôlant phosphomannomutase impliqué dans synthèse d’alginate (exopolysaccharide) • Activé quelques minutes après adhésion Formation du biofilm • Pseudomonas aeruginosa • 45 gènes différents entre bactéries sessiles et bactéries planctoniques FORMATIOND’UN D’UNBIOFILM BIOFILM--11 FORMATION Biofilm = Communauté structurée de bactéries engluées dans une matrice polymérique extracellulaire - le glycocalyx ou « slime » - qu’elles ont elles-mêmes produite, et qui adhérent à une surface inerte ou vivante Costerton JW, 1999 Etapes de formation d’un biofilm Biofilm mature Décrochage Transport des cellules planctoniques Contact bactérie / support Adhésions réversible et irreversible Synthèse du glycocalyx SUPPORT FORMATIOND’UN D’UNBIOFILM BIOFILM--77 FORMATION Facteurs intervenant dans la formation d’un biofilm Support - Rugosité - Composition chimique - Hydrophobicité - Charges électriques Bactérie - Composition - Hydrophobicité - Charges électriques - Pili ou flagelles - Concentration bactérienne - Métabolisme cellulaire - Environnement Rhéologie du fluide Composition en ions et en nutriments pH Température Mucoviscidose – P. aeruginosa Mucoviscidose – P. aeruginosa Mucoviscidose – P. aeruginosa Legionella Fausse membrane (biofilm sur tissu libération toxine) Vésicule biliaire • Cholangite : infection de la bile – douleur – fièvre – Jaunisse • Cause importante – urgence abdominale – septicémie Vésicule biliaire • Bactériologie de la cholangite : – coliformes (E. coli, Klebsiella sp) – Streptocoques fécaux – Anaérobies (Bacteroides fragilis, Clostridium perfringens) • Synergie entre E. coli et Bacteroides • Calculs contient microcolonies (80 %) Escherichia coli V I – Pouvoir pathogène 1 – Infections urinaires femmes enceintes +++ femme > homme Hormones : dilatation des voies urinaires Infections urinaires Polynucléaires Bactéries > ou = 104/ml > ou = 105/ml Normale 0 0 Infection vraie + +(monomicrobien) +(polymicrobien) ? Cas particuliers 0 + ? Cas particuliers + 0 ? Proteus mirabilis • Struvite (lithiase) : NH4MgPO4, 6 H2O • Carbonate apatite : Ca10(PO4) 6, CO3 • Protection contre antibiothérapie FORMATIOND’UN D’UNBIOFILM BIOFILM--55 FORMATION Aspect d’un biofilm mature FLUIDE Recrutement de cellules planctoniques Circulation dans les canaux SUPPORT Détachement de cellules ou d’amas cellulaire Communication cellulaire FORMATIOND’UN D’UNBIOFILM BIOFILM--66 FORMATION Cinétique de formation d’un biofilm 12 3 4 5 Biofilm Bactéries planctoniques 1 – Latence 2 – Accélération 3 – Accumulation linéaire 4 – Ralentissement 5 – Stabilisation apparente Roques, 2000 Résistance des biofilms LEBIOFILM BIOFILM::UN UN««CASSE-TETE CASSE-TETE»»THERAPEUTIQUE THERAPEUTIQUE LE REPONSE IMMUNITAIRE RESISTANCE ACCRUE AUX ANTIBIOTIQUES Leucocytes, Ac Pénétration difficile Diffusion ralentie Destruction des tissus sains Modifications de l’expression génétique BIOFILM IMPLANT Zzz… Etat de dormance des bactéries Résistance des bactéries en biofilms Pénétration difficile Ciprofloxacine 40 sec dans surface stérile 21 dans biofilm à P.aeruginosa Tobramycine 15 fois plus active sur bacétries planctoniques/sessiles Résistance des bactéries en biofilms P.aeruginosa suspension d’alginate à 2% inhibe diffusion alginate lyase restauration Résistance des bactéries en biofilms Ancienneté du biofilm Absence d’oxygène (aminosides) Bactéries planctoniques CATARACTE--11 CATARACTE Opacification progressive du cristallin entraînant une baisse de la vue allant jusqu’à la cécité Œil sain Cataracte CATARACTE--22 CATARACTE Traitement chirurgical Ultrasons Noyau du cristallin Pièce à main de phacoémulsification Sac cristallinien Ablation du cristallin opacifié Noyau du cristallin Sac cristallinien Implant Mise en place d'un implant intra-oculaire Implants rigides : - PMMA Implants souples : - Silicone - Acryliques hydrophiles ou hydrophobes ENDOPHTALMIE ENDOPHTALMIE Complication infectieuse post-opératoire due à la présence de bactéries dans l’humeur aqueuse entraînant une perte fonctionnelle et / ou anatomique de l’œil S. epidermidis GRAM positif Etiologie : formation d’un biofilm bactérien sur l'implant intra-oculaire METHODESD’ETUDE D’ETUDEDES DESBIOFILMS BIOFILMS METHODES 1 - Méthodes d’observation • Loupe binoculaire • Microscopie optique • Microscopie électronique • Analyse d’image 2 - Méthodes de quantification • Méthodes directes • Méthodes indirectes - Décrochages des bactéries - Méthodes bactériologiques - Méthodes biochimiques - Méthodes physiques 3 – Méthodes de modélisation • Méthodes d’étude in vivo • Méthodes d’étude in vitro - Modèles statiques - Modèles dynamiques ETAPESDE DELA LAMISE MISEAU AUPOINT POINT ETAPES 1 -Réalisation du modèle dynamique 2 - Formation de biofilms 3 - Observations microscopiques des biofilms 4 - Quantification des biofilms 5 - Evaluation du montage 6 - Réalisation d’une cinétique bactérienne MODELED’ETUDE D’ETUDEDYNAMIQUE DYNAMIQUE MODELE Legionella • • • • • Bacilles à Gram négatif mobiles Aérobies Nécessitent milieux spécifiques + CO2 Legionella pneumophila 15 sérogroupes : Lp 1 le plus fréquent Legionella pneumophila • 8 000 à 18 000 cas de maladies des légionnaires chaque année aux USA • pneumonie • fièvre de Pontiac • L. pneumophila (90 %) • Autres Legionella : • L. micdadei, L. longbeachae, L. dumoffii, L. bozemanii Legionella • 1 – Habitat – eau douce (multiplication dans les amibes) – réseaux d’eau potable – refroidissement tours aéro-réfrigérantes Legionella • 2 – Transmission – Voie aérienne (aérosols contaminés) – Douches, tours aéro-réfrigérantes (climatisation) – Bains à remous – Hôpital • rinçage à l’eau courante de matériels • Voies respiratoires (sondes, humidificateurs, …) Legionella • 2 – Transmission – Pas de transmission interhumaine – Cas sporadiques ou épidémiques – Souvent séjour à l’hôtel ou hôpital • Un tiers cas nosocomiaux Legionella • 3 – Pouvoir pathogène – – – – – – incubation 2 à 10 jours Pneumopathie aiguë de sévérité variable 2 à 5 % des pneumopathies aiguës mortalité à l’hôpital (10 à 30 %) sujets âgés immunodéprimés (transplantés, chimiothérapie, corticoïdes, sidéens) – fièvre de Pontiac (syndrome pseudo-grippal) FORMATIOND’UN D’UNBIOFILM BIOFILM--22 FORMATION Transport Adhésion réversible Décrochage Adhésion irréversible agitation SUPPORT • Forces hydrodynamiques • Mouvements browniens • Mouvements actifs • Forces hydrophobes • Théorie DVLO • Théorie de l’énergie libre d’adhésion • • • • • • Liaisons hydrogènes Forces électriques Forces hydrophobes Organites bactériens Adhésines bactériennes Matrice extracellulaire
