Pr Pierre DELLAMONICA CHU de NICE

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1 L adhérence bactérienne Pr Pierre DELLAMONICA CHU de NICE Colloque Infections Nosocomiales et Orthopédie - Paris 19/10/12 1 LIENS D INTERETSD Pr Pierre DELLAMONICA 2

2 L adhérence bactérienne est le mécanisme permettant la création d un d biofilm «Un biofilm est une communauté microbienne adhérente à une surface et fréquemment incluse dans une matrice de polymères extracellulaires» - Characklis, 1990 Les microorganismes représentent 15%, la matrice extracellulaire : 85% 3 Ce sont in vivo Des microcolonies discontinues, séparées par des espaces oùo circulent liquides et molécules Ces structures sont différentes selon les microorganismes constitutifs La nature de la matrice varie selon l environnement L adhérence (ou adhésion) est fonction de la nature du support (métal, polymère re ) ) et de l él état de la surface (usure, corrosion et du recouvrement par diverses protéines de l hôtel hôte ) 4

3 Les espèces bactériennes en cause Pseudomonas aeruginosa a motivé les 1ères 1 recherches sur les biofilms du fait de son rôle dans les infections respiratoires et surtout parce que sa génétique g était plus facile Staphylococcus aureus (Sa) et les staphylocoques à coagulase négative (SCN) sont les causes les plus fréquentes d infections d associées à la présence de biofilm. Elle est permise par la présence de matériel étranger Exemple expérimental humain de matériel étranger (suture) : Elek SD., L adhérence bactérienne est aussi un mode de résistance r aux antibiotiques Pour les BGN, les nombreux mécanismes m de résistance aux antibiotiques sont chromosomiques et/ou plasmides. L existence plus rare d un d biofilm majore la résistancer Pour les staphylocoques Méti S ou R, le mécanisme m prépond pondérant est l adhl adhérence et la production de biofilm: rôle majeur du peptidoglycan 6

4 10 à 30% de la population est colonisée e par des Sa au niveau de la peau et des muqueuses La colonisation peut être un facteur individuel de risque, mais aussi collectif par la dissémination (porteur dans une équipe médico- chirurgicale) En cas d effraction d (traumatisme, intervention chirurgicale ), ils peuvent générer g une infection. La présence de matériel permet la constitution d un d biofilm et favorise l infection 7 Tous les individus sont colonisés s par des SCN Les différentes espèces de SCN ont des répartitions spécifiques sur les différentes zones du corps, ce qui est un facteur déterminant d de la fréquence de leur implication selon la zone intéress ressée e par l effractionl Parmi les SCN, les S. epidermidis sont les plus fréquents, et ils ont une capacité importante à constituer un biofilm ainsi que Propionibacterium acnes dans sa zone d implantation d (épaule)( 8

5 Les biofilms associent le plus souvent plusieurs espèces bactériennes (plaque dentaire, brûlures lures ) ) alors que ceux induits par des staphylocoques associés à un matériel étranger sont surtout monobactériens Par contre, leur formation se fait selon la même chronologie : 1. Attachement 2. Maturation 3. Détachement 4. Mort bactérienne 9 L adhésion comporte 2 phases 1) Phase non-sp spécifique (théorie DVLO : Derjarguin,, Landau, Verwey, Overbook) Attraction par forces de Van der Waals (Va) Force de répulsion r (Vr( Vr) ) (hydrophobe) Résultante de Va et Vr : énergie d interaction V 10

6 Au contact du matériel La Poly-B(1,6) B(1,6)-N-Acetyl-Glucosamine (PNAG) est dé-acétylée.. Elle est aussi appellée Polysaccharide Intracellulaire Adhésion (PIA) Libération d AA d neutres ou acide Induit une charge positive au niveau du matériel alors que les bactéries sont chargées négativement Attraction 11 2) Phase spécifique Fait intervenir les structures moléculaires de la surface des microorganismes (phospholipides, acide teïcho choïque,, LPS ), des pili ou fimbriae ET Celles de la surface du support pouvant être recouverte de protéines de l hôte l jouant le rôle de récepteurr 12

7 1 Attachement Des Liaisons covalentes entre : La matrice protéique : les MSCRAMMs (Microbial Surface Components Recognizing Adhesive Matrix Molecule) qui recouvre le matériel : fibrinogène, ne, fibronectine,proteine A, clumping factor A ET : Structures répétitives r à la surface des parois bactériennes (Leu( Leu-Pro-X-Th/Gly) ) : permet des liaisons covalentes catalysées par une famille d enzyme d : Sortase qui clivent entre Thréonine et Glycine Dans une liaison covalente, plus le nombre de liaisons augmente, plus cela requiert de l'énergie pour les briser. Le bris d'une liaison covalente est un processus endothermique (qui requiert de l'énergie) tandis que la formation d'une liaison covalente est un processus exothermique 13 Les liaisons noncovalentes : liant MSCRAMM à la surface du staphylocoque font l objet l de plusieurs hypothéses : Exemple classique : les autolysines (protéines abondantes à la surface des Sa) établissent des liaisons non covalentes avec l acide l téichoïc 14

8 2 Maturation Agrégation gation de cellules Production d ahd ahésines polysaccharidiques intercellulaires (PIA) ou poly-n-acetylglucosamine (PNAG) Acide téichoïc/liaison peptidoglycane Autres protéines L ensemble constituent le SLIME ou matrice extra-cellulaire maintenant accrochées les bactéries les unes aux autres. Rôle du quorum sensing 15 Régulation génétiqueg Biosynthèse se des adhésines polysaccharidiques ou PIA régulr gulées par gènes g operon Ica : N-acétylglucosamine transferase (lcaa et IcaD) Déacétylase (IcaB) Transporteur (IcaC( IcaC) Régulateur (IcaR( IcaR) 16

9 Rôle de l environnement l Interactions complexes N-acétylglucosamine et glucosamine sont régulées par des facteurs d environnement d : Anaérobiose Sub-CMI d ABd expression de PIA, O2 Ica transcription (Se) riens de régulation : SigB le quorum sensing par le Nombreux facteurs bactériens de r protéines SarA, SigB système LuxS ayant une action directe sur Ica SigB agit via IcaR qui réprime r IcaADBC SarA,, régule r IcaA indépendamment de IcaR 17 3 Détachement Dissémination des bactéries (ou cluster de bactéries) Mécanique (vibrations) Arrêt de la production du biofilm Enzymes détruisant d la matrice (trypsine ) ) ou surfactant Conséquence : dissémination foyers à distance (valve cardiaque mécanique) 18

10 4 La mort bactérienne augmente le biofilm Des régulateurs r d autolyse d (CidR( CidR) modifient la production des biofilms La libération d ADN d augmente la production de biofilm car le ADN vient se coller aux autres molécules et agit comme l acide l téichoïc 19 Conséquence des biofilms : augmentation de la résistance r aux défenses d immunitaires et aux antibiotiques Défenses immunitaires : Phagocytose inefficace, non accessibilité des AC Antibiotiques : Faible diffusion des peptides antimicrobiens Empêche les antibactériens d atteindre d leurs cibles (moindre diffusion et/ou répulsion) r Les bactéries en croissance lente sont moins sensibles + existence de populations minoritaires résistantesr 20

11 Les biofilms intéressent tous les matériels implantables KT, valves, matériels d assistance d ventriculaire, stents, shunts, matériel neurochirurgicaux implantés (stimulateurs), prothèses articulaires, clous, plaques.., implants mammaires, péniens, cochléaire, lentilles, implants dentaires Difficulté pour les médecins m spécialistes de suivre la littérature dans tous ces domaines 21 Traitements possibles des biofilm Biofouling : The Journal of Bioadhesion and Biofilm Research 2011; 2 (6) (106 réf) r Certaines espèces bactériennes produisent une enzyme dégradant d les biofilms : Dispersine B (ac( acétylglucosaminidase) ) issue de Actinobacillus actinomycetemcomitans. Essais en association avec Céfamandole 22

12 Traitements envisagés: s: No (Nitric( Oxide) relargué et exerçant son activité antibactérienne in situ!! Lysostaphine dégrade le peptidoglycan Peptides antimicrobiens cationic + indolicidine, cecropin A N-acétyl-cystéine Inhibition du quorum sensing par Furanones Champs électriques de faible intensité Ultrasons (bioacoustic( effet) : désorganise d le biofilm et augmente l activitl activité antibiotique Phage Amener l agent l actif au contact du biofilm!!! 23 Prévention Nombreuses voies de recherche Coating d antibiotiques ou antiseptiques: chlorhexidine, monoparticules d Ag, Cu, sulfadiazine, minocycline,, rifampicine, pefloxacine, n-acétylcystéine ) Coating de D-aminoacides (AI. Hochbaum,, Journal Micorbilogy, oct 2011) ) : D-Try, D-Met, D-Leu Titane, chrome, cobalt Polymère non adhérant ou porteur d antibiotiquesd Vaccin antibiofilm Nitric-oxide (NO) fixé sur polypropylène, furanone 24

13 Traitement curatif aujourd hui Retrait du matériel!! Expliquant l investissement l en recherche Merci de votre adhérence 25