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PL Toutain Ecole Vétérinaire Toulouse 1

Les biofilms bactériens

P.L. TOUTAIN

ECOLENATIONALEVETERINAIRE

T O U L O U S E

Update mai 2013

Costerton, 1999, Science, 284: 1318-1322

Pour aller sur notre site si vous avez récupéré nos diapositives ailleurs

http://physiologie.envt.fr/spip/


Définition d’un 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 l’origine de nombreuses infections

chroniques


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 l’organisation tissulaire apporte aux cellules des êtres supérieurs.


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.


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 (>103 ) 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 n’est 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.


Protection des bactéries dans un biofilm

1. Protection passive– La matrice protège physiquement les bactéries

contre l'entrée des agents antimicrobiens, les détergents et les antibiotiques.

2. Protection métabolique.– les bactéries entourées de biofilm sont moins

actives métaboliquement, donc moins réceptives aux agents antimicrobiens


Protection des bactéries dans un biofilm

3. Protection active– La résistance de P. aeruginosa aux antibiotiques a été

attribuée à des pompes d’efflux du biofilm expulsant activement les composants antimicrobiens.

4. Protection génétique– lors de leur implantation dans un biofilm l'expression

génétique des bactéries peut être est modifiée. L’environnement du biofilm est propice aux échanges de matériel génétique et permet le transfert de caractères de résistance.


Le cycle de vie d’un biofilm

Center for Biofilm engineering, Montana State Universitywww.erc.montana.edu/default.htm


Les biofims sont la cause d’infections chroniques


Biofilm: une cause d’infection chronique

JW Costerton (1999) Science, 284:1318-1322

Les bactéries planctoniques peuvent être éliminées par les mécanismes de défense naturels (anticorps, phagocytes…) et elles sont sensibles aux antibiotiques

Antibiotic Antibody Planktonic cellBiofilm cell Phagocyte enzymes


Biofilm:une cause d’infection 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


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Biofilm: une cause d’infection chronique


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



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 d’une dissémination de l’infection et d’une infection aiguë dans un tissu voisin


In vivo, les biofilms se présentent sous la forme d’agrégats de dimension limitées (5-200µm) et non de films

• Ce n’est qu’en cas de corps étrangers (cathéter…) que le biofilm pourra se développer comme dans les situations in vitro 17

Biofilm: action d’un antibiotique

• A gauche, developpement d’un biofilm (plaque verte); à droite action de la tobramycine (100µg/mL pendant 24h) qui tue les bactéries périphériques (zone jaune) mais n’atteint pas les bactéries centrales (points verts)

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Biofilms: une revue récente sur leur biologie

Trens in microbiology 19


Biofilm bactérien & risque infectieux

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


Biofilm bactérien & risque infectieux

• De plus en plus d’infections, notamment chez les sujets débilités, sont dues à des bactéries commensales du corps ou de l’environnement – ces bactéries forment des biofilms

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Infections associées à des biofilms

1. Infections ou maladies• caries dentaires• Otite moyenne• Ostéomyélites • Prostatites

2. infections nosocomiales• Sutures• lentilles de contact• cystite associée à une sonde urinaire• Sonde endotrachéale • Cathéter central veineux• Prothèse orthopédiques

Costerton (1999) Science, 284:1318-1322


Ostéomyélite & biofilm

• à gauche une broche a été mise 3 mois avant cette radio et on notera le développement d’une ostéomyélite avec la présence d’un gros séquestre;

• a droite, 2 ans plus tard après un traitement chirurgical de la fracture, mise d’une plaque et et une stérilisation de la zone

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infections associées à des biofilms

• Mammite à Staphylococcus aureus

Phénotype planctonique Phénotype en biofilm

Expression des facteurs de virulence

Expression des gènes de sessilité


La plaque dentaire est un biofilm


Infection du pâturon donnant un biofilm


Biofilm: aspects thérapeutiques


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 l’origine de la récurrence des symptômes à l’arrêt du traitement– Recours à la solution chirurgicale quand elle est possibles

(séquestres, ostéomyélite etc.)


Biofilm: test de sensibilité• Les pathogènes semblent normalement sensibles

aux antibiotiques car les techniques conventionnelles ne testent que les bactéries planctoniques

• Nécessité d’une 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 d’Eradication du Biofilm

(MBEC= Minimal Biofilm Eradication Concentration,) • Sensibilité des bactéries dans le biofilm

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Évaluation de la sensibilité bactérienne pour les biofilms

MBEC®

Système à 96 puits pour tester des biofilms

MBEC™ High-throughput Screening - (HTP) Assay


Différences entre les CMI & CMI-Biofilme pour la pénicilline

µg/ml

Melchior et al 2006


Le cas des staph aureus internalisés ;

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

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