Biofilms bactériens marins multi-espèces : mise en évidence d'un effet antagoniste

par Alexandra Dheilly

Thèse de doctorat en Sciences biologiques

Sous la direction de Alain Dufour et de Dominique Haras.

Soutenue en 2007

à Lorient .

mots clés

• Pseudoalteromonas
• Composes extracellulaires
• Biofilms
• Bactéries marines
• Bactéries -- Adhésivité

Résumé

Les salissures marines ou biofouling sont à l’origine de problèmes écologiques et de pertes économiques. L’une des premières étapes intervenant dans le biofouling est la formation de biofilms bactériens, c'est-à-dire de communautés de bactéries adhérées irréversiblement à un support et enveloppées dans une matrice de polymères extracellulaires. De plus en plus de travaux ont pour but d’étudier ces communautés bactériennes dans la perspective de contrôler, d’éviter ou de limiter leur formation. Ce travail a été consacré à l’étude in vitro du développement de biofilms marins pluri-espèces dans un système dynamique, et à la relation existant entre la formation du biofilm et les propriétés phénotypiques des différentes souches bactériennes utilisées. Deux étapes clés de la formation d’un biofilm bactérien ont été investiguées : l’adhésion des bactéries et la croissance du biofilm. L’étude des biofilms mono-espèces suggère que la mobilité et la production d’exoproduits par les bactéries induisent l’établissement de biofilms plus épais formant des agrégats bactériens. En revanche, nos résultats n’ont pas permis d’établir un lien entre la structure des biofilms et la production ou non de molécules de communication de type N-acyl-L-homoserine lactone ou furanosyl borate diester. Des biofilms pluri-espèces ont été réalisés à partir de trois couples bactériens, tous contenant Pseudoalteromonas 3J6. Les résultats montrent que le couple Pseudoalteromonas 3J6-Bacillus 4J6 produit un biofilm mixte (Bacillus 4J6 : 38 %, Pseudoalteromonas 3J6 : 62 %), dont les cellules de Bacillus 4J6 sont localisées tout autour des microcolonies de Pseudoalteromonas 3J6. En revanche, la bactérie Pseudoalteromonas 3J6 est très largement majoritaire (90-95 %) dans les biofilms résultant de son inoculation avec Vibrio D01 ou Paracoccus 4M6. Ceci met en évidence un effet antagoniste de Pseudoalteromonas 3J6 vis-à-vis de ces deux souches bactériennes. Le mécanisme d’inhibition de Pseudoalteromonas 3J6 a ensuite été analysé sur les cellules bactériennes planctoniques et sessiles. Les résultats suggèrent un effet spécifiquement anti-biofilm dû aux composés extracellulaires produits par cette souche. Ces composés, probablement de nature protéique, agissent dès la première étape du biofilm en diminuant l’adhésion des cellules au support. Enfin, les effets de ces composés extracellulaires montrent des similarités à ceux obtenus avec deux biocides commerciaux, molécules utilisées dans les peintures antifouling. En effet, l’ajout de biocides diminue le pouvoir d’adhésion des bactéries et inhibe la croissance du biofilm. En outre, les biocides augmentent la mortalité des cellules au sein du biofilm.

Titre traduit

Multi-species marine bacterial biofilms : description of an antagonistic effect

Résumé

Marine fouling or biofouling leads to ecologic damages and economic losses. One of the earliest stages of biofouling is the formation of a bacterial biofilm, consisting of an assemblage of irreversibly adhered microbial cells on a surface, and enclosed in a hydrated matrix of extra-cellular polymeric substances. Many works currently aim at studying biofilm development in order to control, prevent or limit their formation. In this work, we investigated the in vitro development of multi-species biofilms of marine bacteria in a dynamic system, and the relationship between biofilm formation and phenotypic properties of each bacterial strain used. Biofilm formation was analysed at two levels: cell adhesion and biofilm growth. Study of mono-species biofilms suggested that motility and exopolymer production by bacteria induce thick biofilms contains microcolonies. However, our results did not allow to establish a link between biofilm structure and ability of the bacteria to produce or not communication molecules such as N-acyl-L-homoserine lactone or furanosyl borate diester. Mixed biofilms were produced from three strain couples, all of them including Pseudoalteromonas 3J6. The results show that in Pseudoalteromonas-Bacillus biofilms, Bacillus 4J6 cells were located in between Pseudoalteromonas 3J6 microcolonies (Bacillus 4J6: 38 %, Pseudoalteromonas 3J6: 62 %). By contrast, development of Vibrio D01 and Paracoccus 4M6 strains was strongly impaired in Pseudoalteromonas-containing biofilms (Pseudoalteromonas 3J6: 90/95 %). Theses results revealed an inhibitory effect of Pseudoalteromonas 3J6 towards Vibrio D01 and Paracoccus 4M6 strains. The inhibition mechanism of Pseudoalteromonas 3J6 was then studied on planktonic and sessile cells. The results suggest a biofilm-specific effect relying on extracellular compounds produced by this bacterium. Also, we observed that theses compounds are probably of proteic nature and that they affect the first step of biofilm formation by impairing the cell adhesion onto the surface. Finally, there was a similarity between effects of Pseudoalteromonas 3J6 exoproducts and commercials biocides, which are used in antifouling paints. Indeed, addition of biocides led to diminution of cell adhesion power and inhibition of biofilm growth. Besides, biocides increased mortality inside biofilms