Formation des biofilms bactériens

Un biofilm est une communauté structurée de bactéries attachées à une surface et enchâssées dans une matrice auto-produite de substances polymériques extracellulaires. La formation de biofilm est un processus développemental au cours duquel des cellules nageant librement (planctoniques) s'attachent à une surface, se multiplient, construisent une matrice protectrice, se développent en structures tridimensionnelles, et finissent par se disperser pour coloniser de nouveaux sites.

Definition

Un biofilm est un agrégat de microorganismes attachés à une surface ou une interface et inclus dans une matrice extracellulaire auto-produite ; la formation de biofilm est la séquence développementale régulée d'attachement, de croissance, de production de matrice, de maturation et de dispersion par laquelle de telles communautés se forment.

Scope

Ce sujet aborde les étapes du développement des biofilms, la composition et le rôle de la matrice extracellulaire, le quorum sensing qui coordonne le comportement de la communauté, et la tolérance que les biofilms manifestent envers les antimicrobiens et les défenses de l'hôte. Il s'agit d'un sujet de référence en physiologie microbienne et ne fournit aucune orientation clinique.

Core questions

• Quelles sont les étapes du développement des biofilms ?
• Qu'est-ce que la matrice de biofilm et quelles fonctions remplit-elle ?
• Comment le quorum sensing coordonne-t-il le comportement des biofilms ?
• Pourquoi les biofilms sont-ils plus tolérants aux antimicrobiens que les cellules libres ?

Key concepts

• Mode de vie planctonique versus sessile (biofilm)
• Étapes d'attachement, de maturation et de dispersion
• Matrice de substances polymériques extracellulaires (SPE)
• Quorum sensing et signalisation de cellule à cellule
• Tolérance aux antimicrobiens associée aux biofilms
• Infections à biofilm liées aux dispositifs et infections chroniques

Mechanisms

La formation de biofilm se déroule selon un programme développemental : les cellules planctoniques établissent un contact réversible initial avec une surface, s'attachent de manière irréversible et prolifèrent en microcolonies qui sécrètent une matrice extracellulaire composée de polysaccharides, de protéines et d'ADN extracellulaire (O'Toole et al., 2000 ; Flemming & Wingender, 2010). La matrice maintient la communauté unie, retient les nutriments et les enzymes, et forme une barrière ; les biofilms matures développent une architecture caractéristique avant que certaines cellules ne se dispersent pour coloniser de nouvelles surfaces. Le quorum sensing, par lequel les cellules libèrent et détectent des molécules de signal diffusibles pour évaluer la densité de population, coordonne la production de matrice et d'autres comportements communautaires (Miller & Bassler, 2001). Les cellules au sein des biofilms montrent une susceptibilité réduite aux antimicrobiens et aux défenses de l'hôte par rapport aux cellules planctoniques (Costerton et al., 1999).

Clinical relevance

Les biofilms sont associés à des infections persistantes et liées aux dispositifs médicaux, y compris celles sur les cathéters, les implants et dans les maladies pulmonaires chroniques, où la matrice protectrice et la physiologie altérée des cellules du biofilm contribuent à la tolérance aux agents antimicrobiens et à l'élimination immunitaire de l'hôte (Costerton et al., 1999 ; Singh et al., 2000). Ce sujet décrit la biologie des biofilms à des fins de compréhension et ne constitue pas une base pour le diagnostic ou le traitement.

History

Bien que des couches microbiennes attachées aient été observées bien avant, le concept moderne du biofilm comme communauté structurée, enchâssée dans une matrice et causant une infection persistante a été articulé par Costerton et ses collègues dans les années 1990 (Costerton et al., 1999). La conceptualisation de la formation de biofilm comme un processus développemental et la reconnaissance du quorum sensing comme son coordinateur ont établi les biofilms comme un thème central de la physiologie bactérienne (O'Toole et al., 2000 ; Miller & Bassler, 2001), et des preuves directes ont lié les communautés de biofilms à l'infection humaine chronique (Singh et al., 2000).

Key figures

• J. William Costerton
• Roberto Kolter
• Bonnie Bassler
• Hans-Curt Flemming

Seminal works

• costerton-1999
• otoole-2000
• flemming-wingender-2010

Frequently asked questions

Quelles sont les principales étapes de la formation d'un biofilm ?

Les cellules libres s'attachent à une surface, prolifèrent en microcolonies, produisent une matrice extracellulaire et se développent en une structure tridimensionnelle, puis dispersent des cellules capables de coloniser de nouvelles surfaces.

Pourquoi les bactéries en biofilm sont-elles plus difficiles à éliminer que les bactéries flottant librement ?

La matrice extracellulaire agit comme une barrière protectrice et les cellules au sein des biofilms sont physiologiquement altérées, de sorte que la communauté est plus tolérante aux agents antimicrobiens et aux défenses immunitaires de l'hôte que les cellules planctoniques ; ceci est associé aux infections persistantes et liées aux dispositifs médicaux.