Biofilm bactérien. Gérard LINA CNR des Staphylocoques, Inserm U851, Faculté de Médecine Lyon Est

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1 Biofilm bactérien Gérard LINA CNR des Staphylocoques, Inserm U851, Faculté de Médecine Lyon Est

2 Deux modes de vie bactérienne Bactéries isolées Bactéries qui se développent en communauté sur une surface Planctonique + Séssile (Biofilm) +++

3 Intérêt vis à visdau biofilm? Nombre de publications scientifiques "médicales "

4 Pourquoi s intéresser au biofilm? Infections nosocomiales : 50 à 60% associées au biofilm

5 Pourquoi s intéresser au biofilm? Infections chroniques Pied diabétique

6 Biofilm in vivo 2 h X 2940 Fixation des S. aureus sur des irrégularités à la surface du matériel 4 h Début de fabrication du "slime " 8 h La surface du matériel est recouverte par une couche épaisse de "slime" 24 h Des bactéries émergent du biofilm, libres et prêtes à se fixer ailleurs Olson, et al. J. Biomed Mater Res 1988

7 Biofilm in vivo Bactéries IOA = +/- biofilm / intracellulaire COCCI X 2940 Cocci au fond d'une cassure d'une couche épaisse de biofilm d'un séquestre infecté Evans et al., Clin Orthop. 1998,

8 Comment étudier les biofilms? Modèles expérimentaux statiques Cristal Violet

9 Comment étudier les biofilms? Modèles expérimentaux statiques Biofilm Ring Test (BioFilm Control)

10 Comment étudier les biofilms? Modèles expérimentaux dynamiques

11 Comment étudier les biofilms? Modèles cellulaires et animaux

12 De l adhérence au biofilm

13 De l adhérence au biofilm Expression d adhésines de surface

14 De l adhérence au biofilm Matrice extracellulaire Extracellular polymeric substance (EPS)

15 De l adhérence au biofilm Communication interbactérienne = Quorum-sensing "Quoromones". petits peptides (Gram +). homosérine-lactones (Gram-) Système agr de S. aureus

16 Hétérogénéité du biofilm chaque bactérie = un microenvironnement spécifique Toutes les bactéries ne "voient" pas la même chose :. accès aux nutriments. position dans le biofilm. ph fonction de. proximité d un canal. oxygène. proximité bactéries. Gradient physico chimique Gradient métabolique Gradient oxygène

17 Hétérogénéité du biofilm / micro environnement oxygène

18 Hétérogénéité du biofilm / micro environnement État métabolique Mesure de la synthèse protéique Expression GFP Mesure de la synthèse ADN 5 bromo2-deoxyuridine (BrdU) Biofilm S. epidermidis (Rani et al.,, 2007)

19 Hétérogénéité du biofilm / micro environnement Variation génotypique et phénotypique

20 Hétérogénéité du biofilm / micro environnement

21 JW Costerton (1999) Science, 284: Biofilm et infection sur matériel Bactéries planctoniques :. élimination par les mécanismes de défense naturels (anticorps, phagocytes ). Facilement accessibles aux antibiotiques Antibiotique Anticorps Enzymes phagocytes Bactéries planctoniques Bactérie Biofilm

22 JW Costerton (1999) Science, 284: Biofilm et infection sur matériel Bactéries séssiles = adhésion sur une surface inerte et entre elles un biofilm. résistante aux anticorps. aux phagocytes. à certains antibiotiques Antibiotique Anticorps Enzymes phagocytes Bactéries planctoniques Bactérie Biofilm

23 JW Costerton (1999) Science, 284: Biofilm et infection sur matériel phagocytes attirés par les biofilms phagocytose inopérante mais enzymes phagocytaires libérées localement Antibiotique Anticorps Enzymes phagocytes Bactéries planctoniques Bactérie Biofilm

24 JW Costerton (1999) Science, 284: Biofilm et infection sur matériel Libération enzymes phagocytaires = endommage les tissus autour du biofilm descellement essaimage des bactéries planctoniques à partir du biofilm :. dissémination de l infection. infection dans un tissu voisin ou à distance Antibiotique Anticorps Enzymes phagocytes Bactéries planctoniques Bactérie Biofilm

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27 Biofilm et diagnostic microbiologique

28 Comment étudier les biofilms? CMEB (minimal biofilm eradication concentration) différent de la CMI

29 Biofilm et antibiotiques Nous testons : CMI Le patient a : CMEB

30 Biofilm et antibiotiques Biofilm S. aureus GFP GFP sous contrôle promoteur Tétracycline dependant Cinétique de fluorescence (induction GFP sous promoteur tet) après ajout de tétéracycline en différents points du biofilm Cinétique d activité de la Rifampicine sur S. epidermidis

31 Biofilm et antibiotiques Donlan et al., CMR 2002

32 Biofilm et antibiotiques Olson et al., 2002

33 Biofilm et antibiotiques "Tolérance aux antibiotiques" Résistances spécifiques: génes de résistance Résistances non spécifiques :

34 Biofilm et antibiotiques "Tolérance aux antibiotiques" Résistances spécifiques: génes de résistance Résistances non spécifiques : architecture du biofilm = séquestre physique des ATB ESP = barrière physique à la pénétration ESP = adsorbant ou réactant des ATB = ATB disponible Ex: S. aureus et PNAG et acides téchoïques métabolisme réduit = activité antibiotiques actifs sur division métabolisme anaérobie ++ = inactivité des aminiglycosides effet stress : osmolarité = porines transmembranaires effet inoculum: densité biofilm >> densité planctonique induction de gènes de résistance spécifiques : pompes efflux ndvb

35 Biofilm et antibiotiques Daptomycine et résistances spécifiques : exceptionnelles pour l instant

36 Biofilm et antibiotiques Daptomycine et résistance spécifique : exceptionnelle Daptomycine et vitesse de pénétration Biofilm S. epidermidis sur dispositif en flux Marquage Bodipy Daptomycine Coeff diffusion = 28% Stewart, AAC, 2009

37 Biofilm et antibiotiques Modèle = disque de silicone colonisé in vitro / ATB = 2 mg/ml Raad et al., AAC 2007

38 Biofilm et diagnostic microbiologique. bactéries "collées" sur le matériel. bactéries empaquettées dans la matrice. bactéries métaboliquement peu actives avec signaux de quiescence interne au biofilm Sonication des prothèses et matériels

39 Biofilm Biofilm. environnement complexe chimique et microbiologique. beaucoup de paramètres à maitriser pour ATB pour être présent et actif. le plus simple est d enlever physisiquement le biofilm - BJI = "bon" geste chirurgical = KT = retirer. Interaction dans le diagnostic Certains antibiotiques ont. à un bon profil "biofilm". études nécessaires D autres molécules, d autres approches sont à venir. Protéger contre la

40 Merci de votre attention