Etude des biofilms : exemples d'une approche biochimique lors de la caractérisation des composants glucidiques du biofim de Pseudomonas aeruginosa et d'une approche physiologique lors de l'induction d'un stress sur le biofilm de Staphylococcus epidermidis

par Charlène Coulon

Thèse de doctorat en Sciences de la vie. Microbiologie

Sous la direction de Irina Sadovskaya.

Soutenue en 2011

à Littoral .


  • Résumé

    La plupart des microorganismes sont capables d’adhérer sur une surface et de s’enfouir dans une gangue polymérique : le biofilm. Ce mode de vie préférentiel apporte de nombreux avantages aux souches bactériennes, notamment une insensibilité aux antibactériens et au système immunitaire de l’hôte. Ce travail de thèse présente deux aspects de l’étude des biofilms sur deux souches modèles : une approche biochimique avec la caractérisation de la composition glucidique du biofilm de Pseudomonas aeruginosa et une approche physiologique avec l’effet du stress sur le détachement de Staphylococcus epidermidis de son biofilm. P. Aeruginosa est un pathogène opportuniste responsable d’infections chroniques, notamment de surinfection pulmonaire chez les personnes atteintes de mucoviscidose. Il a la capacité de former un biofilm à l’interface air-liquide (A-L). La connaissance de la composition exacte du biofilm A-L peut constituer une approche intéressante pour la lutte contre les biofilms bactériens. Dans un premier temps nous avons caractérisé la composition glucidique de la matrice extracellulaire produite par une souche modèle P. Aeruginosa PA14. Nous avons ainsi montré la présence de trois principaux exopolysaccharides : un LPS-like, un O-PS extracellulaire et un glucane cyclique ; et d’ADN génomique dans le biofilm A-L. Dans un second temps, nous avons effectué une analyse comparative des polymères extracellulaires de la souche sauvage et de ces deux mutants, l’un déficient et l’autre surproducteur de biofilm A-L. Nous avons observé une corrélation entre l’expression du gène pel et l’accumulation de LPS-like dans la matrice extracellulaire. La cohésion du biofilm et l’accumulation de LPS-like dépendent du bon fonctionnement du locus pel. S. Epidermidis est une bactérie commensale mais c’est aussi un des germes bactériens les plus fréquemment isolés lors d’infections liées aux implants médicaux. Il est communément admis que les bactéries sous forme de biofilm peuvent se détacher pour aller coloniser de nouvelles niches. Sous cette forme planctonique, elles redeviennent sensibles au système immunitaire et aux antibactériens. Il apparaît donc intéressant de comprendre les mécanismes permettant ce détachement. Au laboratoire, il a été montré, sur une souche modèle, que l’action d’un stress nutritif sur son biofilm conduisait à la dispersion de celui-ci. Le but de ces travaux est de comprendre les mécanismes moléculaires mis en jeu lors de cette dispersion. Nous avons démontré que le détachement de S. Epidermidis de son biofilm sous l’action de différents stress : nutritif (utilisation de 4 types de milieux oligotrophiques), alcalin, acide, hyperosmotique (différentes concentrations de NaCl et de saccharose) et nitrique était très variable en fonction des souches étudiées. La voie pour une meilleure compréhension de ce phénomène de dispersion semble être une connaissance du changement de la composition du biofilm lors de tels stress.

  • Titre traduit

    Study of bacterial biofilms : an examples of a biochemical approach for the characterisation of carbohydrate component of Pseudomonas aeruginosa biofilm and a physiological approach for a study of a stress-induced biofilm dispersal of Staphylococcus epidermidis


  • Résumé

    Most microorganisms are able to adhere to a surface and to form a polymeric gangue : the biofilm. This preferential lifastyle brings many advantages to bacterial strains. Adherent or sessile bacteria are more resistant to conventional antimicrobial agents and host defenses. This work two aspects of biofilm study on two model strains : a biochemical approach with the characterisation of carbohydrate composition of Pseudomonas aeruginosa biofilm and a physiological approach with the effect of different stress conditions on biofilm detachment of Staphylococcus epidermidis. P. Aeruginosa is an opportunistic pathogen responsible for persisting life-threatening infections notably in cystic fibrosis patients. It is able to form a biofilm at the air-liquid (A-L) interface. Knowledge composition of A-L biofilm is important for developing therapeutic tools to fight bacterial biofilm. At first we characterised carbohydrate composition of extracellular (EC) matrix of P. Aeruginosa PA14. We identified three mains exopolysaccharides : an LPS-like material, an EC O-antigen polysaccharide and a glycerol-phosphorylated cyclic [beta]-(1,3)-glucan ; as well as the EC genomic DNA. At second we compared the quantitites of EC polymers of the wild type and two mutants strains, one deficient and one overproducing an A-L biofilm. We observed a correlation between the expression of pel gene and the accumulation of LPS-like material in EC matrix. Thus biofilm cohesion and accumulation of the LPS-like material correlate with the expression of pel genes. Staphylococcus epidermidis is a commensal bacterium but it is the major cause of infections of various indwelling medical devices. Adherent or sessile bacteria are able to detach from their biofilm and to colonize new space. In this planktonic state, bacteria are sensitive to host immune system and antimicrobial agents. In this context, studies of physiological mechanisms which allows the bacteria to disintegrate their own biofilm are of great interest. It was previously shown that the action of a nutritive stress on biofilm leads to its partial dispersal. The goal of this work is to understand the molecular mechanisms involved in the detachment of the bacteria from their biofilms. Different stress conditions (nutritive, alkaline, acid, hyperosmotic and nitric) have been selected to test their action on biofilm dispersal of S. Epidermidis. We shown that the detachment of S. Epidermidis is very variable and strain-dependent. The way for understanding if this dispersal phenomenon seems to be the knowledge of compositional changes within biofilm matrix during the stress.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (132 f.)
  • Annexes : Bibliogr. f. 114-124

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  • Bibliothèque : Université du Littoral-Côte d'Opale (Boulogne-sur-mer, Pas-de-Calais). Bibliothèque. Section Droit-Sciences économiques.
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