Biofilms : les vivissitudes
des colonies bactériennes


Coqueluche des labos de recherches, le biofilm qu'on retrouve dans les tuyauteries - gare aux légionelles ! - ou à la surface des dents - gare également aux caries ! - est le siège de modification étonnantes chez les bactéries qui s'y développent.


La plupart des bactéries (mais aussi les protozoaires, comme les amibes), peuvent se développer selon deux modes de vie : soit sous forme d’individus indépendants (état planctonique), ou sous forme fixée sur un support (état sessile), l’attachement étant une stratégie de survie, qui permet au groupe ainsi créé de s’installer et de coloniser un environnement par la sécrétion de substances d’adhésion (matrice) qui protègent le groupe.

En médecine, 65 % des infections bactériennes impliquent des biofilms, qu’on retrouve au niveau des tissus (plaque dentaire, valvules, alvéoles pulmonaires, surfaces articulaires ou des matériels comme catheters, implants, etc. Ce biofilm protège les bactéries de l’action des antibiotiques. C’est une nouvelle donne, plutôt inattendue, qui explique bien des échecs thérapeutiques. De plus, les essais de médicaments in vitro sont faits dans des tubes ou des boîtes de Pietri stériles, où les bactéries ensemencées sont libres, flottant dans le milieu de culture : ce sont des bactéries planctoniques. Or dans l’organisme du malade, on a affaire aux mêmes bactéries, qui dans leur biofilm, ont complètement changé de métabolisme, et seront donc insensibles aux produits qui agissaient sur les éléments libres...


Mise en place du biofilm


A partir de bactéries planctoniques, l’étape initiale fait intervenir des appendices générateurs de mouvements (flagelles, pilli) qui permettent d’approcher la surface à coloniser : on assiste à un attachement transitoire pendant lequel la bactérie va chercher à “ évaluer “ la surface sur laquelle elle se trouve. Puis, à partir d’une certaine masse bactérienne (“ effet quorum “), les individus changent de morphologie, perdent leurs appendices, et se mettent à sécréter de grandes quantités d’exopolysaccharides, comme l’alginate dans le cas du Pseudomonas. Cette matrice présente
85 % du volume total du biofilm, et elle est parcourue par tout un réseau canaux aqueux qui permettent l’apport d’oxygène et de nutriments, mais aussi l’évacuation de déchêts. On note alors, un gradient de nutriments et d’oxygène depuis le sommet du biofilm jusqu’à sa base, où l’on a alors un microenvironnement anaérobie.

Conséquences pathologiques : l’exemple du biofilm dentaire

Le gradient d’oxygène dans le biofilm entraîne l’établissement de différents écosystèmes hébergeant diverses bactéries. Les streptocoques s’installent très tôt, puis les bactéries de type fusarium, enfin les petites dernières, actinomycetes, pseudomonas et spiroclètes.

Les antagonismes bactériens

Les bactéries du biofilm dentaire ont la possibilité d’exclure des organismes exogènes, qui sont souvent pathogènes pour l’hôte. Cette résistance à la colonisation repose sur la compétition pour les récepteurs d’adhésion, la compétition pour les nutriments essentiels et la production de substances inhibitrices. Sur ce plan, le biofilm et ses bactéries en place jouent plutôt un rôle protecteur.

La coopération métabolique

Certaines bactéries libèrent dans le milieu des déchets métaboliques qui seront utilisés par d’autres bactéries : la croissance de certaines espèces dépend alors de la bonne santé des voisines.
Le peuplement intense, l’immobilité des cellules facilitent des échanges nutritionnels entre les bactéries, mais ceci selon des gradients nutritionnels qui conduisent à des organismes différents à croitre, et assurent la coexistence d’espèces qui aurait été incompatibles avec un habitat homogène.

Réaction aux antibiotiques et aux défenses de l’hôte

Certaines bactéries ayant un métabolisme ralenti (manque de nutriments, d’oxygène, compétition...), ne sont plus sensibles aux antibiotiques qui n’attaquent que les bactéries en division. Les bactéries mortes, en surface du biofilm, constituent une barrière physique s’opposant au contact des substances antibiotiques. La matrice (exoplysaccharides agit également comme une barrière, tant protectrice contre des bactéries exogènes, que contre la diffusion d’anti-infectieux. Cette barrière est d’autant plus efficace que le biofilm est mature, voire ancien avec des dépôts de sels minéraux (tartre). Cette matrice ne laisse pénétrer les agents antimicrobiens que s’ils sont cathioniques.

Cet article est extrait du numéro 43

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