Les produits naturels comme solution innovante dans la lutte contre la contamination microbienne de surfaces
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- Renée St-Gelais
- il y a 8 ans
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1 Journée innovday Les produits naturels comme solution innovante dans la lutte contre la contamination microbienne de surfaces Pascal Thébault Laboratoire Polymères, Biopolymères, Surfaces (PBS) UMR6270Université de Rouen
2 Présentation Laboratoire PBS Laboratoire «Polymères, Biopolymères, Surfaces» UMR CNRS 6270 Localisation: Site de Mont Saint Aignan et du Madrillet Tutelle: Triple: Université de Rouen, CNRS et INSA de Rouen Composition: 110 personnes dont 29 chercheursenseignantschercheurs et 16 ITAIATS réparties dans 4 équipes de recherche: BRICS «Biofilms, Résistance, Interactions CellulesSurfaces» MPBM «Matériaux Polymères Barrières et Membranes» SCC «Systèmes Colloïdaux Complexes» MM «Matériaux Macromoléculaires» Activités de recherche: Trois principales thématiques: Transportinteractions Cellulessurfaces Matériaux verts
3 Présentation Laboratoire PBS Exemples: Santé Adhésion cellulaire et interactions cellules/surfaces Protéomique des biofilms, Elaboration de surfaces antibiofilms Supports de culture cellulaire innovants pour la prolifération cellulaire Environnement Matériaux Agrosourcés à faible empreinte environnementale à base de farine de blé fibres de lin à base d huiles végétales Nanostructures nanocharges nanotubes de carbone autoassemblage Matériaux
4 Journée innovday Les produits naturels comme solution innovante dans la lutte contre la contamination microbienne de surfaces Pascal Thébault Laboratoire Polymères, Biopolymères, Surfaces (PBS) UMR6270Université de Rouen
5 Biofilms Contamination microbienne = formation de biofilms 99% des bactéries dans la nature seraient sous forme de biofilms Définition : «matrice biopolymère encapsulant une population microbienne adhérée entre elles et/ou sur une surface»
6 Biofilms omniprésence des biofilms exemples: Infections dentaires infections nosocomiales Biofilm de S. aureus sur une prothèses en PTFE Biofilm complexe sur une sonde urinaire Surtout en milieu médicale mais pas que
7 Biofilms exemples: Biocorrosion Fouling 2,8 milliards cout global uniquement en France Diminution de la productivité Importance de lutter contre les biofilms
8 Biofilms Formation d un biofilm 1 Initial attachment 2 Irreversible attachment 3 Microcolony formation 4 Maturation 5 Dispersion Etape 4 (3): Combattre le biofilm
9 Combattre le biofilm Etape 4: Combattre le biofilm Problème: bactéries sous forme de biofilm sont plus résistantes aux antibiotiques (plus de 1000 fois), aux biocides, que sous forme planctonique Besoin d une forte concentration d agents antimicrobiens Dommages pour l environnement et l émergence de phénomènes de multirésitance Nécessité d autres approches
10 Biofilms Formation d un biofilm 1 Initial attachment 2 Irreversible attachment 3 Microcolony formation 4 Maturation 5 Dispersion Etape 1: Prévenir la formation du biofilm
11 Prévenir formation du biofilm Etape 1: Prévention de la formation du biofilm Elaboration de surfaces antimicrobiennes Deux stratégies Prévenir l adhésion des bactéries Antiadhésive Rugosité (modification physique) Energie de surface Composés antiadhésifs (ex : PEG) Approche du Laboratoire Immobilisation de Polysaccharides
12 Polysaccharides CH 2 H Structure H H Cellulose n Caractère hydrophile Effet antiadhésive Cas particuliers: les glycosaminoglycanes Sulfate S CH 2 H H H n Amine (hexosamine) HN CH 3 C Acide carboxylique (ex: acide glucuronique)
13 Polysaccharides Ulvanes : Structure Sulfate S H H H H C n Acide carboxylique (ex: acide glucuronique) Présence de charges négatives Potentielle action antiadhésive par répulsion électrostatique rigine: Algues vertes Contamination des cotes bretonnes Valorisation des algues vertes
14 Surfaces à base de polysaccharides Immobilisation de polysaccharides naturels sur des surfaces de Titane Ti 2 Ti 2 Ti 2 Ti 2 1 Polissage des surfaces de Ti 2 2 Formation d une couche d accroche (Silanisation) 3 Greffage covalent de molécules bioactives (Polysaccharides) Caractérisation de chaque étape par AFM, Angle de contact et XPS Modification Angle de contact ( ) étape 2 (AUTMS) 79 ± 3 polysaccharide 1 54 ± 2 Polysaccharide 2 50 ± 2
15 Surfaces à base de polysaccharides Protocole: Suspension bactérienne (~10 6 ufc.ml 1 ) Ti 2 1h30 de contact Ti 2 Ti 2 Carraghénane Lavage rapide Décrochage par ultrasons Résultats: Diminution de l adhésion quelque soit la nature de la bactérie
16 Prévenir formation du biofilm Etape 1: Prévention de la formation du biofilm Elaboration de surfaces antimicrobiennes Deux stratégies Prévenir l adhésion des bactéries Antiadhésive Rugosité (modification physique) Energie de surface Composés antiadhésifs (ex : PEG) Tuer les bactéries biocide Immobilisation d : Antibiotiques Ammoniums quaternaires Argent
17 Prévenir formation du biofilm Immobilisation d agents antimicrobiens Méthodes conventionnelles: Imprégner Déposer Problème: relargage dans le temps de l actif Solution: greffage par liaison covalente d agents antimicrobiens sur la surface
18 Prévenir formation du biofilm Agents antimicrobiens: Antibiotiques (Gentamicine, Vancomycine, ) Ammoniums quaternaires Ions argent Toxicité, résistance Approche du Laboratoire Utilisation de Peptides AntiMicrobiens (AMPs)
19 Peptides antimicrobiens (AMPs) Réponse immunitaire innée Insectes, microorganismes, plantes, amphibiens, mammifères dont l homme,. + de 1500 différents peptides isolés
20 Peptides antimicrobiens (AMPs) Hélice α Feuillet β Linéaire Cyclique Grande variété structurale mais Peters et al. PLS, 2010
21 Peptides antimicrobiens (AMPs) certains points communs Faible taille de l ordre de 10 à 25 acides aminés Masse molaire de 1 à 5 kda Charge nette positive (à ph 7) Caractère cationique Domaine hydrophile et hydrophobe Caractère amphipatique Cible identique
22 Peptides antimicrobiens (AMPs) Mode d action (en solution): Interaction électrostatique avec charges négatives de la membrane Interaction avec tête polaire des phospholipides Insertion dans la couche de phospholipides via interactions hydrophobe Tapis Toroïdal Tonneau Perméabilisation de la membrane cytoplasmique Toujours actifs après immobilisation? Costa et al. Acta biomaterialia, 2011,
23 Peptides antimicrobiens (AMPs) Exemples de peptides Peptides LL37 ΒDefensine Magainine 1 Nisine Z Cécropine A Protégrine 1 Source Humain Vache Grenouille Bactérie Ver à soie Cochon Peptides comme alternative car: Avantages: Peu de phénomènes de résistance Large spectre d activité Actifs à faible concentration Non toxique
24 Absorbance Surfaces à base de peptides Voie 1: A partir de couches de polyélectrolyte Peptide Centrifugation Poly(Llysine PLL Verre Solution aqueuse d amphiphile anionique Piégeage du peptide dans le domaine hydrophobe Multicouche de Polyélectrolyte Contenant un peptide nm Absorbance caractéristique du peptide confirmant la présence du peptide dans la multicouche de polyélectrolyte Wavelength (nm) 700
25 Pourcentage de la croissance bactérienne Surfaces à base de peptides Voie 1: Peptide Centrifugation Poly(Llysine PLL Verre Solution aqueuse d amphiphile anionique Piégeage du peptide dans le domaine hydrophobe Multicouche de Polyélectrolyte Contenant un peptide Dernière couche de PLL Dernière couche de polysacch. Dernière couche de PLL Dernière couche de polysacch. Elaboration d un film de polyélectrolytes actif contre Enterococcus faecalis 0 Verre non modifié Films sans peptide Films avec peptide
26 Surfaces à base de peptides Voie 2: A partir de polymères brosses H H H H H H H H Verre Croissance du polymère brosse à base de PEG Caractérisation: FTIR, XPS et Ellipsométrie + x Greffage du peptide antimicrobien Polymère brosse Contenant un peptide La présence de la bande amide confirme le greffage du peptide sur le polymère brosse
27 Surfaces à base de peptides Voie 2: H H H H H H H H Verre Croissance du polymère brosse à base de PEG + x Greffage du peptide antimicrobien Polymère brosse Contenant un peptide Présence uniquement de bactéries mortes sur le substrat modifié par le peptide Microscopie confocale
28 NHS/EDC MAG NaCNBH4 + GRAM GRAM Surfaces à base de peptides Voie 3: A partir de monocouches autoassemblées C H N C NH 2 C MAG NH CH 2 NH 2 CH NH S S S S S r r Caractérisation: PMIRRAS, AFM et XPS Augmentation de la composante des C= du à la présence des liaisons amides du peptide
29 NHS/EDC MAG BH 3 HNET/H 2 + GRAM GRAM Surfaces à base de peptides Voie 3: H C N C NH 2 C MAG NH CH 2 NH 2 CH NH S S S S S r r A B Épifluorescence (Listeria ivanovii) Présence de bactéries vivantes (en vert) sur un substrat non modifié (gauche) et de bactéries mortes (en rouge) sur un substrat modifié par un peptide (droite)
30 Surfaces plastiques Projet Stabipack: Elaboration d emballages cosmétiques antimicrobiennes Celuici vise à donner à l'industrie cosmétique française à l'horizon 2015 une position de leader sur le marché du cosmétique naturel. Il s'agira de développer des systèmes d'autoprotection plus naturels des produits cosmétiques, ainsi que de nouvelles fonctionnalités pour les emballages grâce à des solutions physiques et chimiques opérationnelles. Cela permettra de disposer, pour le marché de grande consommation, de produits résistants aux contaminations microbiologiques avec une quantité limitée de conservateurs. Applications en cours de développement
31 Conclusion Bacteries sous forme de biofilm sont résistantes aux agents antimicrobiens classiques Difficile de combattre le biofilm formé Préférable de prévenir la formation du biofilm par l élaboration de surfaces antimicrobiennes Problème: résistance, toxicité via l utilisation d agents antimicrobiens classiques Solution: Utilisation de produits naturels
32 Conclusion Elaboration de surfaces antimicrobiennes Surfaces antiadhésives à base polysaccharides Surfaces biocides à base de peptides
33 Remerciements ANR SURFANBAC Thierry Jouenne Karine Glinel ClaireMarie Pradier (UPMC) JeanMarc Berjeaud (Univ.Poitiers) Vincent Humblot (UPMC) ANR PANSABI Isabelle Lequeux Emmanuel Ducasse Carole KarakasyanDia Veronique Larreta Garde (Univ.Cergy) Sébastien Giraudier (Maiai woundcare) INTERREG GIMS Virginie Gadenne Laurent Lebrun Thierry Bernardi (Biofilmcontrol) Claire Hellio (Univ.Porstmouth) Bertrand Naudin JeanBaptiste Paris Thomas Guéry Elise Lehec Christophe Rihouey Luc Picton Didier Le Cerf Emmanuelle Dé Les membres du Labo PBS
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