Communautés microbiennes et biofilms

Dans la nature, les microbes vivent rarement seuls ; ils forment des communautés structurées et des biofilms attachés à des surfaces, dont les propriétés collectives diffèrent notablement de celles des cellules individuelles à vie libre.

Definition

Les communautés microbiennes sont des assemblages de microorganismes en interaction partageant un environnement, et les biofilms sont des communautés structurées de cellules attachées à une surface et enchâssées dans une matrice extracellulaire auto-produite.

Scope

Ce sujet aborde les interactions qui structurent les communautés microbiennes, notamment la compétition, la coopération et les échanges métaboliques ; la formation, l'architecture et le cycle de vie des biofilms ; la matrice extracellulaire et la physiologie altérée des cellules de biofilm ; la détection du quorum (quorum sensing) et le comportement coordonné ; ainsi que les conséquences écologiques et pratiques de la vie en communautés et sur les surfaces.

Core questions

• Comment les interactions entre microbes structurent-elles les communautés ?
• Comment les biofilms se forment-ils et se développent-ils ?
• Pourquoi les cellules de biofilm se comportent-elles différemment des cellules à vie libre ?
• Comment les microbes coordonnent-ils le comportement de groupe ?

Key concepts

• Interactions communautaires et échanges métaboliques
• Formation et architecture des biofilms
• Matrice polymérique extracellulaire
• Détection du quorum (quorum sensing)
• Physiologie altérée des cellules de biofilm

Key theories

Mode de croissance en biofilm

Costerton et ses collègues ont soutenu que les biofilms attachés à des surfaces et enchâssés dans une matrice constituent un mode de vie microbien prédominant et distinct, dans lequel les cellules présentent une physiologie altérée et une tolérance accrue par rapport aux cellules à vie libre.

Mechanisms

Les microbes au sein des communautés interagissent par la compétition pour les ressources, l'échange coopératif de métabolites et la signalisation chimique. La formation de biofilm débute par l'attachement à une surface, suivi par la croissance, la production d'une matrice extracellulaire qui maintient les cellules ensemble, et la maturation en une communauté structurée ; les cellules au sein des biofilms présentent souvent une expression génique altérée et une tolérance accrue aux stress. Des comportements coordonnés tels que la détection du quorum (quorum sensing) permettent aux populations de répondre collectivement à leur densité.

Clinical relevance

Les biofilms se forment sur les surfaces naturelles, les systèmes industriels et les dispositifs médicaux, où leur tolérance aux antimicrobiens et aux défenses de l'hôte contribue à la contamination persistante et aux infections chroniques, rendant la biologie des communautés et des biofilms importante dans les contextes environnementaux, industriels et liés à la santé.

History

La reconnaissance que la plupart des microbes dans les milieux naturels et cliniques vivent en biofilms attachés à des surfaces plutôt que sous forme de cellules flottantes libres s'est développée tout au long de la fin du XXe siècle, avec des revues telles que celle de Costerton et ses collègues en 1999, soulignant les biofilms comme une cause fréquente d'infections persistantes et un mode de vie microbien distinct.

Key figures

• J. William Costerton
• E. Peter Greenberg

Seminal works

• costerton1999
• madigan2018

Frequently asked questions

Pourquoi les biofilms sont-ils plus difficiles à éliminer que les bactéries flottantes libres ?

Les cellules d'un biofilm sont protégées par une matrice extracellulaire et présentent souvent une physiologie altérée, ce qui, ensemble, augmente leur tolérance aux agents antimicrobiens et aux défenses de l'hôte par rapport aux mêmes cellules se développant librement. C'est pourquoi les biofilms sont associés à une contamination et une infection persistantes.