ECOLE NATIONALE VETERINAIRE T O U L O

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 Update mars 2012 PL Toutain Ecole Vétérinaire Toulouse P. L. TOUTAIN 1

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 PL Toutain Ecole Vétérinaire Toulouse 2

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. PL Toutain Ecole Vétérinaire Toulouse 3

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. PL Toutain Ecole Vétérinaire Toulouse 4

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. PL Toutain Ecole Vétérinaire Toulouse 5

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 PL Toutain Ecole Vétérinaire Toulouse 8

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. PL Toutain Ecole Vétérinaire Toulouse 9

Le cycle de vie d’un biofilm Center for Biofilm engineering, Montana State University PL Toutain Ecole Vétérinaire Toulouse www. erc. montana. edu/default. htm 10

Les biofims sont la cause d’infections chroniques PL Toutain Ecole Vétérinaire Toulouse 11

Biofilm: une cause d’infection 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 PL Toutain Ecole Vétérinaire Toulouse JW Costerton (1999) Science, 284: 1318 -1322 12

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 Antibiotic Antibody Planktonic cell Biofilm cell Phagocyte enzymes PL Toutain Ecole Vétérinaire Toulouse JW Costerton (1999) Science, 284: 1318 -1322 13

Biofilm: une cause d’infection 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 14 JW Costerton (1999) Science, 284: 1318 -1322

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 Antibiotic Antibody Planktonic cell Biofilm cell Phagocyte enzymes PL Toutain Ecole Vétérinaire Toulouse JW Costerton (1999) Science, 284: 1318 -1322 15

Biofilm bactérien & risque infectieux • Les infections « classiques » sont dues à des bactéries planctoniques contre lesquelles antibiotiques sont actifs PL Toutain Ecole Vétérinaire Toulouse 17

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 PL Toutain Ecole Vétérinaire Toulouse 18

infections associées à des biofilms 1. Infections ou maladies • • 2. 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 21 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 PL Toutain Ecole Vétérinaire Toulouse 22

infections associées à des biofilms • Mammite à Staphylococcus aureus Phénotype planctonique Phénotype en biofilm Expression des facteurs de virulence Expression des gènes de sessilité 23

La plaque dentaire est un biofilm PL Toutain Ecole Vétérinaire Toulouse 24

Infection du pâturon donnant un biofilm PL Toutain Ecole Vétérinaire Toulouse 25

Biofilm: aspects thérapeutiques PL Toutain Ecole Vétérinaire Toulouse 26

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. ) PL Toutain Ecole Vétérinaire Toulouse 27

Biofilm: le mécanisme des rechutes après traitement aux antibiotiques PL Toutain Ecole Vétérinaire Toulouse 28

Résistance vs. tolérance PL Toutain Ecole Vétérinaire Toulouse 29

Nouvelles approches thérapeutiques des biofilms PL Toutain Ecole Vétérinaire Toulouse 30

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 PL Toutain Ecole Vétérinaire Toulouse 31

Évaluation de la sensibilité bactérienne pour les biofilms Système à 96 puits pour tester des biofilms MBEC™ Highthroughput Screening - (HTP) Assay MBEC® 32

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Différences entre les CMI & CMI-Biofilme pour la pénicilline µg/ml Melchior et al 2006 PL Toutain Ecole Vétérinaire Toulouse 34

CMI, CMIB & CMEB pour différent antibiotiques vis-àvis de différentes souches de Staphylococcus aureus Melchior et al ² 2006 PL Toutain Ecole Vétérinaire Toulouse 35

Sensibilité à la néomycine de différentes souches de St aureus planctoniques vs. en biofilm dans du Mueller Hinton ou du lait CMIB (CMI du biofilm) CMEB (CM pour éradication du biofilm CMIB-lait CMEB-lait Melchior et al 2006 PL Toutain Ecole Vétérinaire Toulouse CM=concentration minimale 36

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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 PL Toutain Ecole Vétérinaire Toulouse 38