Milli-fluidique digitale pour la microbiologie

Milli-fluidique digitale pour la microbiologie
Fabien Bertholle, J´erˆome Bibette
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Fabien Bertholle, J´erˆome Bibette. Milli-fluidique digitale pour la microbiologie. Chimie analy-
tique. Universite Pierre et Marie Curie UPMC Paris VI, 2010. Fran¸cais. <tel-01116366>
HAL Id: tel-01116366
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Submitted on 13 Feb 2015
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Thèse de Doctorat de l’Université Pierre et Marie Curie
École doctorale de Chimie Physique et Chimie
Analytique de Paris-Centre
Laboratoire Colloïdes et Matériaux Divisés
Milli-fluidique digitale pour la
microbiologie
Présentée par :
Fabien Bertholle
Soutenue le 2 Décembre 2010
Devant le jury composé de :
Mme Annie COLIN Rapporteur
M Andrew GRIFFITHS Rapporteur
Mme Valérie CABUIL Examinateur
M Pascal PANIZZA Examinateur
M Jérôme BIBETTE Directeur de thèse
Milli-fluidique digitale pour la microbiologie

Table des matières
1 Comportement bactérien en présence d’antibiotiques 7
1.1 Généralités ............................... 8
1.1.1 Croissance bactérienne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.1.2 Action des antibiotiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.1.3 La pharmacodynamie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.2 MesuredelaCMI............................ 18
1.2.1 Méthodes par diffusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.2.2 Méthodes par dilution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.3 L’effet de l’inoculum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.3.1 Quorum-sensing......................... 29
1.3.2 Destruction du biocide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.3.3 Variabilité phénotypique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
1.3.4 L’altruisme bactérien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
1.3.5 Le biofilm protecteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
1.3.6 Dépendance entre la CMI et l’inoculum . . . . . . . . . . . . 42
2 Milli-fluidique et microbiologie 49
2.1 La microbiologie explorée avec des outils miniaturisés . . . . . . . . 50
2.1.1 Concordance des échelles de tailles . . . . . . . . . . . . . . 51
2.1.2 La micro-fabrication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.1.3 Applications en microbiologie . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.1.4 Détermination de la CMI par des micro-systèmes . . . . . . 56

2.1.5 Les laboratoires sur puce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
2.2 Microbiologie en gouttes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2.2.1 Ecoulements diphasiques dans un micro-système . . . . . . . 60
2.2.2 Contrôle en composition des gouttes . . . . . . . . . . . . . 65
2.2.3 Encapsulation d’organismes . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
2.2.4 Distribution d’organismes en goutte . . . . . . . . . . . . . . 68
2.2.5 Bioréacteurs sur puce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
2.2.6 Applications en pharmacologie . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
2.3 Lamilli-fluidique ............................ 76
3 Matériel et méthode de mesure de l’activité biologique 83
3.1 Matérielbiologique ........................... 85
3.2 Physico-chimie des réacteurs et encapsulation . . . . . . . . . . . . 87
3.3 Détection de la fluorescence en goutte . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
3.3.1 Module expérimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
3.3.2 Acquisition de la mesure de la fluorescence en goutte . . . . 92
3.4 Manipulation de gouttes pour des mesures temporelles . . . . . . . 94
3.5 Séparateur................................ 97
3.6 Croissance d’organismes en gouttes . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
3.6.1 Méthode de traitement des données . . . . . . . . . . . . . . 101
3.6.2 Analyse des données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
3.7 Création d’un gradient d’antibiotique . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
3.7.1 Marquage fluorescent de la concentration en antibiotique . . 107
3.7.2 Principe .............................108
3.7.3 Exemple de dynamique de gradient . . . . . . . . . . . . . . 109
4 Inhibition de la croissance bactérienne. 117
4.1 Détermination de la CMI du céfotaxime . . . . . . . . . . . . . . . 118
4.2 Influence de l’inoculum sur la CMI . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125