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Les biofilms



On parle de biofilms pour désigner le développement de communautés de microorganismes (bactéries, algues, champignons et/ou protozoaires) qui établissent une relation forte d'adhérence à la fois avec le substrat sur lequel ils se développent, mais aussi entre eux par le biais de synthèses de substances polymères qui forment une matrice qui englobe leurs cellules.


Remarquablement, les microorganismes au sein du biofilm présentent des caractéristiques particulières quant à leur organisation interne, de leur métabolisme, des communications chimiques que les cellules échangent entre elles, etc. Cela tient en partie au fait que la microbiologie s'est d'abord et surtout intéressé, pour des raisons techniques essentiellement, aux microorganismes dispersés dans le tube à essai ou sur la boîte de Pétri.

Mais dans la nature, les microbes dispersés ne sont pas la règle. Ils sont le plus souvent fortement adsorbés sur des surfaces dès lors que celles-ci ne sont pas en milieu stérile, sec ou dépourvu de nutriments.

On trouve des biofilms partout aussi bien dans les sols, à la surface des particules argilo-humiques ou sur les minéraux ; dans les eaux, sur les sédiments, sur la végétation, sur les flottants et les matières en suspension, sur les flocs des boues activées, etc. ; sur les végétaux (feuilles, racines) ou sur les animaux dont ils couvrent les épidermes autant que les muqueuses (intestinale, vaginale, bucco pharyngée, etc.) ou n'importe quel tissu s'il advient qu'il est mis en contact avec une atmosphère non stérile.

Ces biofilms se retrouvent aussi sur nos aliments et sur la plupart des objets que nous utilisons. Ils sont ainsi responsables de l'amélioration ou la dégradation de la qualité de nos aliments. Ils sont aussi responsables de ce que l'on appelle les bio salissures (équipements industriels en agro alimentaire, coques des navires, canalisation pour les eaux potables, les eaux chaudes ou les circuits de ventilation, corrosion, etc.). Ils sont aussi impliqués dans les risques nosocomiaux quand ils colonisent les implants ou les plaies autant que les appareils (cathéters, drains, prothèses, respirateurs, etc.).

Propriétés des biofilms :

Dans la nature, il est plutôt exceptionnel de trouver des biofilms clonaux, c'est-à-dire ne comportant que des individus d'une seule et même espèce provenant d'un ancêtre unique s'étant multiplié par scissiparité, sauf peut-être au tout début de son installation.

Pour qu'un biofilm se développe, il faut d'abord qu'un microorganisme se fixe sur le substrat. Tous les microorganismes possèdent des moyens de s'accrocher à un substrat, même s'ils sont essentiellement planctoniques. Certains d'entre eux, essentiellement parce qu'ils sont benthiques, auront développé des moyens remarquables de fixation.

Mais c'est surtout chez les bactéries que ces moyens sont particulièrement efficaces. Les bactéries possèdent, en effet, des dispositifs d'adhésion efficaces sous la forme d'abord des pili et des fimbriae, mais aussi grâce à des protéines membranaires que l'on appelle adhésines. Ces protéines sont assez efficaces pour autoriser la fixation des bactéries sur des revêtements dits antiadhésifs. Des recherches sont entreprises pour trouver des revêtements ou d'autres moyens pour lutter contre l'apparition des biofilms partout où ils sont nuisibles.

Dans un premier temps, les bactéries établissent des liaisons chimiques faibles (forces de van der Waals) avec le substrat : effet d'orientation ou forces de Keesom ;effet d'induction ou forces de Debye ;effet de dispersion ou forces de London ou des ponts hydrogènes.

La mise en place des biofilms ne résulte pas seulement de l'adhésion des microorganismes sur le substrat, mais également de celle des molécules et macromolécules (protéines, sucres, acides gras, etc.) qui, en encrassant les surfaces vont aider à la constitution des biofilms, par exemple, en les initiant. Diverses explications aident à comprendre les mécanismes d'adhésion de ces salissures sur les substrats, en particulier la théorie de Derjaguin, Landau, Vervey et Over Beek (DLVO) qui met en avant le rôle des charges électriques dans les interactions entre les particules chargées et les macromolécules.

Enfin, l'adhésion des microorganismes sur les substrats s'explique aussi selon une approche thermodynamique dite théorie du mouillage. Cette théorie met aussi en jeu les forces de van der Waals.



Dans un deuxième temps, les bactéries produisent des protéines ligands (pili) grâce auxquelles elles vont installer une adhésion durable avec le substrat. Certains microorganismes, incapables de produire ces ligands, vont simplement s'accrocher aux individus des espèces bactériennes qui sont capables de le fabriquer.

Lorsqu'un nombre significatif d'organismes sont solidement fixés, il va se produire deux phénomènes concomitants : la sécrétion proprement dite du biofilm, c'est-à-dire de la matrice protéique et polymérisée dans laquelle les organismes fixés vont se reproduire et former des colonies imbriquées.

À partir de ce moment, le biofilm s'épaissit et s'enrichit de diverses autres espèces de bactéries, d'algues, de champignons et de protozoaires, y compris de prédateurs ou des parasites lesquels assurent une relative régulation du micro écosystème en devenir.

À mesure que le biofilm s'épaissit et vieillit, diverses contraintes mécaniques en arrachent des parties qui sont dispersées dans le milieu liquide. Les bactéries et autres microorganismes deviennent planctoniques avant de s'installer ailleurs ou de disparaître.

Particularités des biofilms :

Une des particularités les plus intéressantes des biofilms est que le passage de statut d'organisme dispersé à celui d'organisme fixé modifie sensiblement le fonctionnement métabolique des espèces. D'aucuns y voient des phénotypes différents. Ils s'appuient surtout sur le fait que les gènes ne s'exprimeraient plus ni au même rythme, ni avec la même durée ou intensité. Ces modifications seraient le résultat de la coopération qui s'installerait progressivement entre les individus du biofilm et qui modifierait les besoins métaboliques de l'ensemble, donc des individus.

Une autre particularité tient aux protections qu'assure la matrice du biofilm aux organismes qui y sont inclus. D'abord la matrice est un obstacle physique efficace contre la pénétration d'agents antimicrobiens, de détergents, de désinfectants ou d'antibiotiques.

On a pu constater aussi que les microbes dans la matrice étaient nettement moins actifs sur le plan métabolique que les microbes libres. Cette faible activité métabolique les protège donc contre les agents antimicrobiens qui sont nettement moins sollicités.

Dans certains biofilms de certaines espèces particulièrement résistantes aux antibiotiques (Pseudomonas), on a pu mettre en évidence l'existence de pompes actives qui rejetaient, hors de la matrice, les molécules antimicrobiennes. Parallèlement, on a pu aussi mettre en évidence, dans ces matrices, des échanges très significatifs de plasmides de résistance aux antibiotiques.






COMPRÉHENSION DES MÉCANISMES D’ADHÉSION DESBIOFILMS EN MILIEU MARIN EN VUE DE LACONCEPTION DE NOUVEAUX MOYENS DE PRÉVENTION.
http://www.ifremer.fr/docelec/doc/2002/these-222.pdf

Biofilms : http://fr.wikipedia.org/wiki/Biofilm

Bactéries et biofilms : http://www.univ-rouen.fr/M2C/bacteries/bacteries-intro.html

Biofilms (animation) :
http://www.biofilmcontrol.com/biofilm-control_generalites-definition.html

Biofilm :http://physiologie.envt.fr/spip/IMG/ppt/14_AB-_biofilm_fr.ppt

Biofilms et maladies nosocomiales : enfin une parade ?
http://www.futura-sciences.com/fr/sinformer/actualites/news/t/vie-1/d/biofilms-et-maladies-nosocomiales-enfin-une-parade_9585/

Planches d’affinage : les biofilms présents en surface inhibent Listeria monocytogenes
http://www.inra.fr/les_partenariats/collaborations_et_partenaires/entreprises/en_direct_des_labos/planches_d_affinage_les_biofilms_presents_en_surface_inhibent_listeria_monocytogenes__1

Les biofilms en milieu laitier : synthèse bibliographique
http://www.inst-elevage.asso.fr/html1/spip.php?page=article_espace&id_espace=44&id_article=1312

Document word : Les biofilms
http://alexandra.roudiere.fr/page3.html

FORMATION, PERSISTANCE DES BIOFILMS NATURELS MIXTES ET INCIDENCE SUR LA FLORE PATHOGÈNE
http://www.univ-bourgogne.fr/MICROBIO/listeria.htm

Le biofilm : nouvelle vue de la plaque dentaire :
http://zaghez.ifrance.com/biofilm/chapitre1.pdf ... Jusqu'à
http://zaghez.ifrance.com/biofilm/chapitre9.pdf






[ Corrélats : Hygiène alimentaire / Agents antimicrobiens / Détergents / ...]

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