Biofilm bactérien Gérard LINA gerard.lina@chu-lyon.fr CNR des Staphylocoques, Inserm U851, Faculté de Médecine Lyon Est
Deux modes de vie bactérienne Bactéries isolées Bactéries qui se développent en communauté sur une surface Planctonique + Séssile (Biofilm) +++
Intérêt vis à visdau biofilm? Nombre de publications scientifiques "médicales "
Pourquoi s intéresser au biofilm? Infections nosocomiales : 50 à 60% associées au biofilm
Pourquoi s intéresser au biofilm? Infections chroniques Pied diabétique
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
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, 243-249
Comment étudier les biofilms? Modèles expérimentaux statiques Cristal Violet
Comment étudier les biofilms? Modèles expérimentaux statiques Biofilm Ring Test (BioFilm Control)
Comment étudier les biofilms? Modèles expérimentaux dynamiques
Comment étudier les biofilms? Modèles cellulaires et animaux
De l adhérence au biofilm
De l adhérence au biofilm Expression d adhésines de surface
De l adhérence au biofilm Matrice extracellulaire Extracellular polymeric substance (EPS)
De l adhérence au biofilm Communication interbactérienne = Quorum-sensing "Quoromones". petits peptides (Gram +). homosérine-lactones (Gram-) Système agr de S. aureus
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
Hétérogénéité du biofilm / micro environnement oxygène
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)
Hétérogénéité du biofilm / micro environnement Variation génotypique et phénotypique
Hétérogénéité du biofilm / micro environnement
JW Costerton (1999) Science, 284:1318-1322 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
JW Costerton (1999) Science, 284:1318-1322 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
JW Costerton (1999) Science, 284:1318-1322 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
JW Costerton (1999) Science, 284:1318-1322 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
Biofilm et diagnostic microbiologique
Comment étudier les biofilms? CMEB (minimal biofilm eradication concentration) différent de la CMI
Biofilm et antibiotiques Nous testons : CMI Le patient a : CMEB
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
Biofilm et antibiotiques Donlan et al., CMR 2002
Biofilm et antibiotiques Olson et al., 2002
Biofilm et antibiotiques "Tolérance aux antibiotiques" Résistances spécifiques: génes de résistance Résistances non spécifiques :
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
Biofilm et antibiotiques Daptomycine et résistances spécifiques : exceptionnelles pour l instant
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
Biofilm et antibiotiques Modèle = disque de silicone colonisé in vitro / ATB = 2 mg/ml Raad et al., AAC 2007
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
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
Merci de votre attention