Les biofilms bact

1
ECOLE NATIONALE VETERINAIRE T O U L O U S E
Les biofilms bactériens
Pour aller sur notre site si vous avez récupéré
nos diapositives ailleurs
Costerton, 1999, Science, 284 1318-1322
P.L. TOUTAIN
Update mars 2012
2
Définition dun biofilm

• Un biofilm est une communauté de microorganismes
  (bactéries, champignons etc.) adhérant entre
  eux, fixée à une surface ( bactéries dites
  sessiles) , et caractérisée par la sécrétion
  d'une matrice adhésive et protectrice.
• Ils sont naturellement résistants aux
  antibiotiques
• Ils sont à lorigine de nombreuses infections
  chroniques

3
Les biofilms

• Le mode de vie en biofilm est l'une des deux
  modalités de vie des organismes unicellulaires
• ce serait le mode de vie naturel de la plupart
  des microorganismes, notamment en milieu hostile
• l'autre mode de vie est la flottaison libre de
  type dit  planctoniques  dans un milieu
  liquide.
• La structure et la physiologie du biofilm donne
  aux bactéries ce que lorganisation tissulaire
  apporte aux cellules des êtres supérieurs.

4
Les biofilms

• Ils peuvent se développer sur n'importe quel type
  de surface naturelle (débris cellulaires,
  séquestres) ou artificielle (prothèse, sonde,
  cathéter) mais aussi sur des tissus vivants
  (endocardites)
• La matrice du biofilm, est constituée de
  polysaccharides (peptidoglycanes, cellulose)
  imbibée d'eau.

5
Les biofilms adaptation phénotypiques et
génotypiques

• Un aspects majeurs des biofilms est le
  changements dans les phénotypes correspondant au
  changement du mode de vie de planctonique et
  individuel , à celui de  fixé et
  communautaire .
• Des groupes de gènes (gt103 ) changent leurs
  mécanismes d'activation pour assurer cette
  permutation de style de vie (en quelques
  minutes).
• L'environnement particulier du biofilm permet (
  ou oblige ) les bactéries à coopérer ensemble ce
  qui nest pas le cas dans un environnement libre.
  
• Les bactéries vivant dans un biofilm ont des
  propriétés très différentes de celles des
  bactéries isolées de la même espèce.

6
Développement du  phénotype biofilm    Il
résulte dune activation rapide de gènes (gt103
gènes)
Surfaces biologiques
Exploration
Quorum sensing
1
Facteur sigma contrôlant la transcription
3
4
2
Activation des gènes d adhésion (adhésine)
Production de la matrice extracellulaire (gt 12
minutes)
7
Biofilms et le  quorum sensing 

• Certains biofilms possèdent des canaux aqueux
• Ils assurent la distribution des nutriments et
  de celle de molécules de signalisation,
  établissant la communication entre cellules par
  des signaux biochimiques.
• La formation du biofilm est contrôlée par des
  signaux dits de cellule-à-cellule, et des
  mécanismes dits de quorum sensing , ou perception
  du quota, basés sur le principe de masse
  critique.
• Les systèmes de perception du quota chez les
  bactéries Gram-négatives détectent la densité des
  cellules en utilisant des signaux de
  cellule-à-cellule dépendant de la taille de la
  population,
• Quand ce signal atteint une certaine
  concentration critique, il active un régulateur
  transcriptionnel qui induit des gènes cibles
  spécifiques.
• La nature et donc la fonction des molécules
  signalant les échanges de cellule-à-cellule
  changent à partir d'une concentration donnée des
  bactéries.

8
Protection des bactéries dans un biofilm

• Protection passive
• La matrice protège physiquement les bactéries
  contre l'entrée des agents antimicrobiens, les
  détergents et les antibiotiques.
• Protection métabolique.
• les bactéries entourées de biofilm sont moins
  actives métaboliquement, donc moins réceptives
  aux agents antimicrobiens

9
Protection des bactéries dans un biofilm

• Protection active
• La résistance de P. aeruginosa aux antibiotiques
  a été attribuée à des pompes defflux du biofilm
  expulsant activement les composants
  antimicrobiens.
• Protection génétique
• lors de leur implantation dans un biofilm
  l'expression génétique des bactéries peut être
  est modifiée. Lenvironnement du biofilm est
  propice aux échanges de matériel génétique et
  permet le transfert de caractères de résistance.

10
Le cycle de vie dun biofilm
Center for Biofilm engineering, Montana State
University www.erc.montana.edu/default.htm
11
Les biofims sont la cause dinfections chroniques
12
Biofilm une cause dinfection chronique
Les bactéries planctoniques peuvent être
éliminées par les mécanismes de défense naturels
(anticorps, phagocytes) et elles sont sensibles
aux antibiotiques
? Antibiotic Antibody Planktonic cell Biofilm
cell Phagocyte enzymes
JW Costerton (1999) Science, 2841318-1322
13
Biofilmune cause dinfection chronique
Les bactéries peuvent adhérer entre elles pour
former un biofilm notamment sur une surface
inerte cette communauté, sessile, est résistante
aux anticorps, aux phagocytes et aux antibiotiques
? Antibiotic Antibody Planktonic cell Biofilm
cell Phagocyte enzymes
JW Costerton (1999) Science, 2841318-1322
14
Biofilm une cause dinfection chronique

• Les phagocytes sont attirés par les biofilms.
• La phagocytose est inopérante mais les enzymes
  phagocytaires sont libérées localement

? Antibiotic Antibody Planktonic cell Biofilm
cell Phagocyte enzymes
JW Costerton (1999) Science, 2841318-1322
15
Biofilm a cause of persistent infection

• Les enzymes phagocytaires vont endommager les
  tissus autour du biofilm et des bactéries
  planctoniques vont essaimer du biofilm
• Cette libération peut être la cause dune
  dissémination de linfection et dune infection
  aiguë dans un tissu voisin

? Antibiotic Antibody Planktonic cell Biofilm
cell Phagocyte enzymes
JW Costerton (1999) Science, 2841318-1322
16
Biofilm biology

• Sessile bacteria cell releases antigens and
  stimulates the production of antibodies but the
  antibodies are not effective in killing bacteria
  within biofilm but may cause immune complex
  damage to surrounding tissues
• rarely resolved by the host defense mechanism

17
Biofilm bactérien risque infectieux

• Les infections  classiques  sont dues à des
  bactéries planctoniques contre lesquelles les
  antibiotiques sont actifs

18
Biofilm bactérien risque infectieux

• De plus en plus dinfections , notamment chez les
  sujets débilités, sont dues à des bactéries
  commensales du corps ou de lenvironnement
• ces bactéries forment des biofilms

19
Biofilm bactérien risque infectieux

• Un grand nombre d infections sont dues à des
  bactéries commensales du corps de lanimal ou de
  son environnement
• Peau Staphylococcus aureus, S. epidermidis
• MuqueusesStreptococcus suis et S. agalactiae,
• Voies respiratoires Pasteurella multocida, P.
  haemolytica, Actinobacillus pleuropneumoniae,
  Mycoplasma spp. ou Haemophilus parasuis,
• Bactéries de leau Pseudomonas aeruginosa

20
Biofilms et risques infectieux

• Quand les bactéries colonisent des tissus, elles
  utilisent des mécanismes d'adhésion pour éviter
  dêtre éliminées par le flux des sécrétions
  biologiques (ascenseur du mucus bronchiques ,
  sécrétion vaginale etc. ) ou encore par les flux
  physiologiques comme celui du tube digestif, du
  lait etc.

21
infections associées à des biofilms

• Infections ou maladies
• caries dentaires
• Otite moyenne
• Ostéomyélites
• Prostatites
• infections nosocomiales
• Sutures
• lentilles de contact
• cystite associée à une sonde urinaire
• Sonde endotrachéale
• Cathéter central veineux
• Prothèse orthopédiques

Costerton (1999) Science, 2841318-1322
22
Ostéomyélite biofilm

• à gauche une broche a été mise 3 mois avant cette
  radio et on notera le développement dune
  ostéomyélite avec la présence dun gros
  séquestre
• a droite, 2 ans plus tard après un traitement
  chirurgical de la fracture, mise dune plaque et
  et une stérilisation de la zone

23
infections associées à des biofilms

• Mammite à Staphylococcus aureus

Phénotype planctonique
Phénotype en biofilm
Expression des facteurs de virulence
Expression des gènes de sessilité
24
La plaque dentaire est un biofilm
25
Infection du pâturon donnant un biofilm
26
Biofilm aspects thérapeutiques
27
Biofilm aspects thérapeutiques

• Les antibiotiques ont une actions symptomatiques
  sur les infections liées aux biofilms car ils
  détruisent uniquement les bactéries planctoniques
  qui essaiment de façon programmée mais ils ne
  peuvent pas éradiquer les bactéries du biofilm
• Le biofilm toujours présent est à lorigine de la
  récurrence des symptômes à larrêt du traitement
• Recours à la solution chirurgicale quand elle est
  possibles (séquestres, ostéomyélite etc.)

28
Biofilm le mécanisme des rechutes après
traitement aux antibiotiques
29
Résistance vs. tolérance
30
Nouvelles approches thérapeutiques des biofilms
31
Biofilm test de sensibilité

• Les pathogènes semblent normalement sensibles aux
  antibiotiques car les techniques
  conventionnelles ne testent que les bactéries
  planctoniques
• Nécessité dune évaluation appropriée de la
  sensibilité des bactéries
• CMIB CMI du biofilm
• ( BMIC Biofilm Minimal Inhibitory
  Concentration) ,
• sensibilité des bactéries libérées par le
  biofilm.
• CMEB Concentration Minimale dEradication du
  Biofilm
• (MBEC Minimal Biofilm Eradication
  Concentration,)
• Sensibilité des bactéries dans le biofilm

32
Évaluation de la sensibilité bactérienne pour les
biofilms
MBEC High-throughput Screening - (HTP) Assay
Système à 96 puits pour tester des biofilms
MBEC
33
(No Transcript)
34
Différences entre les CMI CMI-Biofilme pour la
pénicilline
µg/ml
Melchior et al 2006
35
CMI, CMIB CMEB pour différent antibiotiques
vis-à-vis de différentes souches de
Staphylococcus aureus
Melchior et al ²2006
36
Sensibilité à la néomycinede différentes souches
de St aureus planctoniques vs. en biofilm dans
du Mueller Hinton ou du lait
CMI
CMIB (CMI du biofilm)
CMEB (CM pour éradication du biofilm
CMIB-lait
CMEB-lait
CMconcentration minimale
Melchior et al 2006
37
(No Transcript)
38
Le cas des staph aureus internalisés

• il faut attendre le turnover naturel des PNN pour
  voir ressortir le germe et latteindre avec un
  antibiotique conventionnel