Le Professeur Jean-Marc Ghigo est spécialiste en microbiologie, et dirige le laboratoire « Génétique des biofilms » à l’Institut Pasteur à Paris. Son équipe est soutenue depuis 2014 par la FRM. Jean-Marc Ghigo et son équipe s’intéressent à un mode de vie particulier des bactéries : les biofilms.

Les biofilms, un mode de vie particulier des bactéries
Les biofilms, un mode de vie particulier des bactéries © Getty / Photo Researchers

Un biofilm, c’est une communauté de bactéries qui se développent sur une surface. Pourquoi est-il important de les étudier ? Parce qu’ils sont responsables de nombreuses infections nosocomiales et sont difficiles à éradiquer par un traitement antibiotique.

Ce mode de vie sous forme de biofilm n’est étudié par les chercheurs que depuis quelques années seulement. Pourquoi ?

Pendant 150 ans, les chercheurs ont principalement mené leurs travaux sur des bactéries cultivées en suspension dans un milieu liquide, on appelle ça des planctoniques car ils pensaient qu’elles vivaient sous forme isolée dans la nature. Or on sait aujourd’hui que ce n’est pas leur principal mode de vie. A l’état naturel, les bactéries adhèrent en général à des surfaces, comme des surfaces minérales et végétales, ou encore des épithéliums ( la paroi des tissus) . Elles poussent les unes sur les autres et forment des agrégats qui peuvent faire plusieurs mm d’épaisseur, voire plusieurs cm. C’est ce qu’on appelle des biofilms. Sous cette forme, elles produisent une sorte de colle qui les englobe. Les bactéries sont ainsi protégées de nombreuses agressions, comme les UV, le système immunitaire, les bactéricides ou encore les antibiotiques.

On sait aujourd’hui qu’il existe un lien entre les biofilms et certaines infections.

Oui le lien a été établi dans les années 90. En fait on estime que plus de 60 % des infections nosocomiales sont liées à des biofilms. Ils se développent facilement sur du matériel médical, comme des cathéters, des sondes et des prothèses. Mais aussi en dehors de l’hôpital, comme par exemple sur les plaques dentaires, dans le mucoviscidose, dans les infections urinaires récidivantes ou les infections des plaies chroniques 

Concrètement comment une infection nosocomiale peut apparaître à partir d’un biofilm ?

Prenons l’exemple d’un chirurgien qui implante un cathéter chez un patient. Imaginons que, malgré toutes les précautions, le cathéter soit colonisé par des bactéries, qui vont alors former un biofilm à sa surface. Certaines bactéries contenues dans le biofilm peuvent alors être libérées dans l’organisme, et entraîner une infection. Un traitement antibiotique est alors administré. 

Si les bactéries sont sensibles à l’antibiotique, ce dernier va pouvoir éliminer les bactéries circulantes, mais pas toutes celles qui sont contenues dans le biofilm car elles sont protégées. A l’arrêt du traitement, les survivantes du biofilm se multiplient à nouveau et certaines sont libérées. Le cycle reprend de plus belle. C’est sans fin et la seule solution est souvent de retirer le cathéter contaminé pour éliminer la source de l’infection. C’est aussi ce qui se passe dans les infections urinaires à répétition ;

D’où le projet de recherche de Jean-Marc Ghigo et de son équipe.

L’équipe de Jean-Marc Ghigo mène plusieurs projets de front pour comprendre comment se forme un biofilm et comment les bactéries se comportent et vivent à l’intérieur. Parmi tous ces projets, l’un d’entre eux est financé par la FRM : il consiste à mieux comprendre les mécanismes qui permettent aux bactéries sous forme de biofilm de survivre aux antibiotiques.

Que sait-on aujourd’hui sur ces mécanismes mis en œuvre par les bactéries ?

Quand les bactéries sont sous forme de biofilm, les antibiotiques ont du mal à agir : on dit que les bactéries sont tolérantes au traitement. Les mécanismes expliquant cette tolérance sont multiples. Concrètement, il y a 3 phénomènes qui l’explique :

  • l’espèce de colle produite par le biofilm ralentit en partie la diffusion des antibiotiques
  • les bactéries activent des pompes qui expulsent le médicament.
  • et Par ailleurs, certaines bactéries réduisent leur activité, elles dorment : dans ce cas, l’antibiotique n’a aucun effet sur elles. C’est un travail d’équipe au sein du biofilm qui permet à certaines bactéries de survivre.

Non, ce n’est pas la même chose. Les bactéries contenues dans un biofilm sont tolérantes aux antibiotiques. Mais une fois qu’elles sont libérées, elles sont à nouveau sensibles au traitement. Cette tolérance accrue est donc transitoire.

Ce n’est pas le cas des bactéries résistantes : les bactéries résistantes ont dans leur génome des modifications qui rendent l’antibiotique inefficace.

Cependant, le biofilm peut également contribuer à l’apparition de résistances car, protégées à l’intérieur du biofilm, certaines bactéries acquièrent des modifications génétiques et deviennent résistantes. Et, malheureusement, lorsqu’elles sont libérées dans l’organisme, les antibiotiques n’ont plus d’effet. C’est le drame !

A terme, l’objectif des chercheurs est de mieux comprendre le mode de vie du biofilm afin de limiter l’attachement des bactéries sur les surfaces ou de développer de nouveaux traitements, en associant par exemple aux antibiotiques existants des molécules capables d’augmenter leur efficacité contre les bactéries du biofilm.

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