Biofilm: Exploration des communautés microbiennes et de leur rôle dans les systèmes biohybrides

Par Fouad Sabry

Les biofilms sont des architectes invisibles de la survie bactérienne, façonnant les environnements du corps humain à l'industrie. La compréhension de leur mécanique est essentielle pour les avancées en médecine, en biotechnologie et en santé publique. Ce livre se penche sur la science des biofilms dans le contexte des micro-nageurs biohybrides, offrant des perspectives aux professionnels, aux étudiants et aux passionnés.

Brève présentation des chapitres :

1 : Biofilm – Examine la formation du biofilm, son rôle dans la survie microbienne et son impact sur la santé humaine.

2 : Niels Høiby – Met en évidence le travail pionnier de Niels Høiby dans les infections chroniques et la recherche sur les biofilms.

3 : Filamentation – Explore la filamentation bactérienne et son importance dans la résilience et l'adaptation des biofilms.

4 : Substance polymère extracellulaire – Étudie la matrice protectrice qui renforce les communautés de biofilms.

5 : Pseudomonas aeruginosa – Analyse la formation du biofilm et la résistance aux antibiotiques de ce pathogène notoire.

6 : Acinetobacter baumannii – Discute de son rôle dans les infections nosocomiales et de sa persistance médiée par le biofilm.

7 : Roberto Kolter – Présente les contributions de Roberto Kolter à la recherche sur le biofilm et au comportement bactérien.

8 : Cellules persistantes – Examine les cellules bactériennes dormantes qui échappent aux antibiotiques et prolongent les infections.

9 : Rhamnolipide – Explore les biosurfactants dans le développement de biofilms et leurs applications industrielles.

10 : Facteur de signal diffusible – Étudie la communication bactérienne et son influence sur la dynamique du biofilm.

11 : Plasticité morphologique bactérienne – Analyse les bactéries changeantes s’adaptant aux environnements hostiles.

12 : Peptides antimicrobiens – Explore les antibiotiques naturels et leur potentiel contre les infections liées au biofilm.

13 : Stenotrophomonas maltophilia – Discute de ce pathogène émergent et de ses capacités de formation de biofilm.

14 : ESKAPE – Met en évidence les pathogènes multirésistants qui se développent dans les biofilms.

15 : Résistance aux médicaments – Examine les mécanismes par lesquels les biofilms renforcent la résistance bactérienne.

16 : Colistine – Examine la colistine comme antibiotique de dernier recours contre les infections associées aux biofilms.

17 : Sidérophore – Discute des stratégies d'acquisition du fer bactérien vitales pour la croissance du biofilm.

18 : Pompe à efflux – Analyse les mécanismes de défense bactérienne qui expulsent les antibiotiques et améliorent la survie du biofilm.

19 : Prévention du biofilm – Explore de nouvelles stratégies pour perturber et prévenir les biofilms.

20 : Prophage – Étudie l'influence des bactériophages sur l'évolution du biofilm.

21 : Couche visqueuse – Examine la couche visqueuse protectrice qui améliore l'adhésion bactérienne.

La compréhension des biofilms est essentielle pour lutter contre la résistance aux antibiotiques, les infections des dispositifs médicaux et la contamination industrielle. Ce livre fournit une base essentielle à quiconque cherche à maîtriser ou à combattre les biofilms dans le cadre de recherches de pointe. Que vous soyez un universitaire, un professionnel ou un amateur, ces connaissances sont inestimables.

• Langue: Français
• Éditeur: Un Milliard De Personnes Informées [French]
• Date de sortie: 3 mars 2025

Aperçu du livre

Chapitre 1 :Biofilm

Un biofilm est une population de micro-organismes qui fonctionne comme une communauté syntrophique. Dans cette communauté, les cellules adhèrent les unes aux autres et souvent à une surface. Il est possible que ces cellules adhérentes s'incrustent dans une matrice extracellulaire visqueuse composée de substances polymères extracellulaires (EPS). Les composants des polysaccharides extracellulaires (EPS) sont souvent une combinaison polymère de polysaccharides extracellulaires, de protéines, de lipides et d'ADN. Ces composants sont produits par les cellules qui sont membres du biofilm. D'un point de vue métaphorique, elles ont été qualifiées de « villes pour les microbes » en raison du fait qu'elles possèdent une structure tridimensionnelle et symbolisent un mode de vie communautaire pour les micro-organismes.

Ensemble de micro-organismes dans lesquels des cellules qui sont souvent intégrées dans une matrice de substances polymères extracellulaires (EPS) qu'elles ont elles-mêmes créées s'accrochent les unes aux autres et/ou à une surface.

Un biofilm est un système qui a la capacité de s'adapter intérieurement aux conditions de son environnement environnant via ses résidents.

La boue, également connue sous le nom de matrice autoproduite de substances polymères extracellulaires, est une agrégation polymère souvent formée de biopolymères extracellulaires dans une variété de formes structurelles. Le slime est également connu sous le nom de slime.

Il est possible que des biofilms se forment sur des surfaces vivantes (biotiques) ou non vivantes (abiotiques), et ils sont fréquemment observés dans les environnements naturels, industriels et hospitaliers. Il est possible qu'ils soient un microbiome ou qu'ils en soient un composant. Les cellules microbiennes qui se développent dans un biofilm sont physiologiquement séparées des cellules planctoniques du même organisme. Les cellules planctoniques, quant à elles, sont des cellules uniques qui peuvent flotter ou nager dans un milieu liquide. Ces biofilms ont le potentiel d'induire des caries dentaires et des maladies des gencives sur les dents de la majorité des animaux, où ils peuvent prendre la forme de plaque dentaire.

Les microbes fabriquent un biofilm en réponse à une variété de stimuli différents. Ces facteurs peuvent inclure la reconnaissance cellulaire de sites d'attachement spécifiques ou non spécifiques sur une surface, des indices nutritionnels ou, dans de rares cas, l'exposition des cellules planctoniques à des doses sous-inhibitrices d'antibiotiques. Les biofilms se forment lorsque les microbes sont exposés à une ou plusieurs de ces variables. Un changement phénotypique de comportement se produit dans une cellule lorsqu'elle passe au mode de croissance du biofilm. Ce changement se produit lorsque de vastes ensembles de gènes sont régulés d'une manière différente.

Il est possible qu'un biofilm soit également classé dans la catégorie des hydrogels, qui est un polymère complexe qui comprend de l'eau plusieurs fois supérieure à son poids sec. En plus d'être des couches de boue bactérienne, les biofilms sont également des systèmes biologiques. Les bactéries qui composent les biofilms s'organisent en une communauté à la fois coordonnée et fonctionnelle. En plus de pouvoir adhérer à des surfaces comme les roches ou les dents, les biofilms peuvent être composés d'une seule espèce de microbes ou d'une collection variée de micro-organismes. Au sein du biofilm, des sous-populations de cellules se développent pour effectuer diverses activités, notamment la sporulation, la synthèse matricielle et la motilité, qui contribuent au succès global du biofilm. En plus de pouvoir échanger des ressources, les bactéries qui vivent dans les biofilms sont protégées contre les éléments potentiellement dangereux de leur environnement, tels que la dessiccation, les antibiotiques et le système immunitaire de la personne hôte. Une bactérie planctonique nageant librement se fixe généralement à une surface, ce qui est la première étape de la formation d'un biofilm.

Certaines personnes pensent que les procaryotes ont développé des biofilms comme mécanisme de protection à l'époque de la Terre primitive. C'est parce que les conditions qui existaient à cette époque étaient trop difficiles pour que les procaryotes puissent survivre. Il est habituel pour eux de protéger les organismes procaryotes en leur fournissant de l'homéostasie, ce qui encourage à son tour la formation de relations complexes entre les cellules qui composent le biofilm. Ils peuvent être trouvés très tôt dans les archives fossiles de la Terre, il y a environ 3,25 milliards d'années, à la fois sous forme d'archées et de bactéries.

La première étape de la création d'un biofilm est la fixation de micro-organismes qui flottent librement à une surface. En raison de la faiblesse des forces de van der Waals et des effets hydrophobes, les premières bactéries colonisatrices d'un biofilm peuvent initialement coller à la surface du biofilm. Dans le cas où les colons ne sont pas instantanément délogés de la surface, ils ont la capacité de s'ancrer de manière plus permanente en utilisant des structures d'adhésion cellulaire telles que les pili. Un groupe distinct d'archées qui vivent dans les eaux souterraines anoxiques ont des structures identiques les unes aux autres et sont appelées hami. Le hamus est un long tube sur lequel sont munis de trois crochets. Ces attaches de crochet sont utilisées pour relier les hamus les uns aux autres ou à une surface, ce qui permet le développement d'une communauté. Les pili groupés sont produits par l'archéon hyperthermophile Pyrobaculum calidifontis. Ces pili sont analogues aux filaments TasA que l'on trouve dans les bactéries. Les filaments TasA constituent un composant important de la matrice extracellulaire des biofilms bactériens et contribuent à la stabilité des biofilms. En raison du fait que les homologues de TasA sont codés par un grand nombre d'archées différentes, il est possible que les biofilms bactériens et archées aient des points communs basés sur des mécanismes et une relation évolutive.

Un autre facteur qui peut influencer la capacité des bactéries à former des biofilms est leur hydrophobie. Les bactéries qui ont une hydrophobie plus élevée ont un niveau de répulsion plus faible entre elles et le substrat sous lequel elles se développent. Certains types de bactéries sont incapables de se fixer correctement à une surface par eux-mêmes en raison de leur motilité limitée. Au lieu de cela, ces bactéries sont capables de s'ancrer à la matrice ou directement à d'autres colons bactériens qui sont présents depuis plus longtemps. Il est beaucoup plus difficile pour les bactéries non mobiles de reconnaître les surfaces ou de s'agréger que pour les bactéries