Université Larbi Ben M'hidi Oum El Bouaghi

 

Module Interaction microbiennes

 

Les micro-organismes sont capables de coloniser toutes les niches écologiques, sont très diversifiés grâce à leur système d’adaptation.

I.               Diversités des microflores

I-1. Microflore de l’Homme

A la naissance les bébés sont dépourvus de micro-organisme, néanmoins ils deviennent rapidement colonisés par une microflore dense et complexe venant de la mère et du milieu environnant. Un Homme adulte héberge environ 1014 cellules bactériennes dans son tube digestif, sur sa peau et ses muqueuses. Cette microflore peut être résidente (commensale) ou transitoires (saprophyte).

              Microflore résidente ou autochtone est unique. Elle est pionnière et particulière d’un individu et de son environnement. Elle est normalement présente sur la peau et les muqueuses des sujets sains. Elle est commensale et participe activement au maintien de la santé. 


              Microflore transitoire est le premier signal d’un changement d’environnement. C’est elle qui permet l’adaptation de l’Homme à tout ce qui l’entour. Cette flore se nourrit de matières organiques en décomposition. Elle contient des bactéries de l’environnement qui se développent dans la nature aux dépens des végétaux et des produits animaux, mais peuvent se retrouver-état transitaire- à la surface de la peau et des muqueuses. 
La flore résidente et transitoire peuvent être distribuées en 4 flores principales (cutanée, respiratoire, génitale et digestive). 


1. Flore cutanée

Les germes établis sur la peau vivent soit sur la couche superficielle de l’épiderme ou bien sur la partie supérieure des follicules pileux et des conduits des glandes sébacées.

 Flore résidente est formée de germes Gram + peu pathogènes (Staphylocoques, Corynébactéries).

 Flore transitoire est plus polymorphe et peut comporter des germes potentiellement pathogènes, provenant du tube digestif ou du rhinopharynx (Entérobactéries, Staphylocoque doré).

Les genres Staphylococcus et Corynebacterium représentent près de 90% de la flore résidente. Les espèces S. aureus et Streptococcus viridans sont parfois retrouvées sur la peau, mais le plus souvent sur les orifices naturels (narines) ou sur le système pileux.

La peau est fréquemment contaminée par des bactéries de l’environnement ou de la flore digestive. Les germes suivants sont retrouvés de façon, transitoire sur la peau saine : entérobactéries, Pseudomonas, Acinetobacter, Clostridium, Streptococcus.

2. Flore des voies respiratoires est très variable et abondante au niveau du rhinopharynx (108/ml de sécrétion pharyngée). Elle contient de nombreux opportunistes majeurs: Staphylocoque doré, Streptocoques (S.pneumoniae), Haemophilus, Neisseria, Branhamella catarrhalis, Anaérobies, Corynébactéries, Au niveau de la trachée, la flore est minime et activement combattue par le mucus, les cils, les macrophages. Les voies respiratoires inférieures sont stériles.

3. Flore génitale. La flore de l’urètre est composée de : Staphylocoques, Microcoques, Entérobactéries, Corynébactéries. Alors que la flore vaginale est associée à la muqueuse vaginale et constituée de bactéries anaérobies, Peptostreptococcus, Lactobacillus, Propionibacterium, Bifidobacterium, Bacteroïdes sp, Veillonellea sp, Clostridium sp, Corynebacterium sp, Staphylococcus epidermidis, Streptococcus α-hémolytique. La flore vaginale est à prédominance à lactobacilles ou bacilles de Döderlein.

4. Flore du tube digestif. La flore du tube digestif est la plus abondante et la plus diversifiée. Elle varie en fonction des différents compartiments du tube digestif. La flore de la muqueuse buccale est constituée : des Streptocoques (S. salivarius, S. milleri), des espèces du genre Micrococcus et des anaérobies. On dénombre habituellement 108 à 109 germes par ml de salive avec une prédominance de S.salivarius. L'estomac ne possède pas de flore du fait de son acidité excepté les germes de transit apportés par les aliments. L'intestin grêle possède aussi une flore pauvre en raison du péristaltisme et de l'abondance des sécrétions. Les germes présents sont essentiellement des streptocoques, staphylocoques et lactobacilles. Le colon est, en revanche, la partie la plus colonisé du tractus digestif. Sa population est estimée à environ 1011-1012 bactéries/gr et plus de 400 espèces avec une prédominance des anaérobies stricts (99,9 %), surtout Bactéroïdes (≈1011 par gramme de selle), Bifidobactérium, Clostridium. Viennent ensuite les Entérobactéries (E.coli, Proteus, Klebsielle...), .

 

-  Interactions entre micro-organismes

a) Interactions conflictuelles

Ces interactions sont la plupart des cas basées sur des aspects trophiques car les ressources sont toujours limitées.

 Compétition

La compétition fixe une limite aux possibilités de colonisation microbienne d’un biotope. Dans ce type d’interaction deux ou plusieurs micro-organismes ont une même ressource environnementale limitée qu’il s’agisse d’un élément nutritif ou d’espace vital.

Agroalimentaire : importance de la biodiversité microbienne dans des processus de transformation ou de fermentation de produits alimentaires (fromage, yaourt, vin, choucroute, saucisson...), rôle de certains micro-organismes dans l'altération de produits alimentaires. Maîtrise des contaminations via la maîtrise des flores en place soit une stratégie du type occupation de la place

Biotechnologie : connaissance de la biodiversité microbienne pour caractériser des nouvelles molécules ayant des propriétés intéressantes pour les milieux pharmaceutiques et/ou industriels.

Évolution: l'organisme ancestral ayant entraîné l'apparition de la vie était probablement proche des bactéries actuelles.

Maîtrise des flores pathogènes via un ensemencement contrôlé.

Micro-organismes et leurs différents types d’interactions biotiques

La compétition permet la diversité microbienne. En effet, elle modifié l’équilibre entre les populations en stimulant des populations microbiennes à diversifier leur capacité métaboliques.

 Parasitisme

D’après Moënne-Loccoz et al. (2011) l’exemple le plus connu implique les bactéries appartenant à Bdellovibrio bacteriovorus qui sont capables de consommer des cellules appartenant à de nombreux taxons de bactérie à Gram négatif. Cette interaction est souvent décrite comme relevant de la prédation. En outre cette bactérie commence par pénétrer le périplasme de l’hôte et sceller le pore d’entrée. Elle se réplique ensuite à l’intérieur pour donner les cellules filles.

b) Interactionbénéfiques  Commensalisme

C’est une interaction où un micro-organisme en tire un bénéfice mais l’autre n’en tire aucun. On peut citer l’exemple de bactérie chimiolithotrophe nitritante Nitrosomonas transforme l’ammonium en nitrite alors que la bactérie chimiolithotrophe nitratante Nitrobacter transforme le nitrite en nitrate. Par conséquent Nitrobacter dépend de ce que Nitrosomonas lui fourmi alors que le bénéfice que cette dernière tire de la présence de Nitrobacter est moins évident.

 Cométabolisme

Les bactéries ont en général des systèmes métaboliques complémentaires. En effet d’après Bouchez et al (1999), certains isolats bactériens du sol incapables individuellement de métaboliser des composés polycycliques aromatiques, mais qui deviennent capables de la faire quand ils sont cultivés en consorsium. Ce dernier est un ensemble de souches capables de compenser les inhibitions provoquées par un composé en le dégradant, ou bien quand le produit d’une souche est utilisé comme substrat par une autre souche.

 Mutualisme
C’est le cas de bactéries thermophiles Symbiobacterium thermophilum et Bacillus.

Symbiobacterium ne peut être cultivée sans la présence de Bacillus qui lui fournit du CO2 issue de sa respiration. Le CO2 permet à Symbiobacterium thermophilum de compenser

l’absence d’anhydrase carbonique, enzyme responsable de plusieurs processus comme la photosynthèse et l’homéostasie en pH.

4-2. Interactions des micro-organismes avec d’autres organismes Mutualiste et symbiose

Dans le sol, les bactéries de la rhizosphère (couche de sol fixée aux racines des plantes) fixent l’azote et produisent des composés azotés utilisés par les plantes (exemple de la bactérie Azotobacter ou Frankia). En échange, la plante excrète au niveau des racines des sucres, des acides aminés et des vitamines qui stimulent la croissance des bactéries. D’autres bactéries dites rhizobia développe une symbiose avec des plantes légumineuses au niveau de nodules sur les racines ou les tiges, ces bactéries fixent à l’intérieur de ces nodules l’azote atmosphérique utilisé par la plante et en échange cette dernière leur assure les sucres, les acides aminés et les vitamines issus de la photosynthèse.

Les mycorhizes sont des associations symbiotiques entre des champignons du sol et les racines des plantes. Il en existe deux principaux types, les ectomycorhizes (externes aux racines) et les endomycorhizes (internes aux racines). La mycorhization des racines améliore l’alimentation hydrique et minérale de la plante.

Il existe de nombreuses relations symbiotiques et mutualistes de bactéries avec des invertébrés. Par exemple, les animaux qui se développent à proximité des cheminées hydrothermales des fonds océaniques comme les vers tubicoles Riftia pachyptila, les moules Bathymodiolus ou la crevette Rimicaris exoculata vivent en symbiose avec des bactéries chimiolitho-autotrophes.

Buchnera est une bactérie endosymbiote aphides (puceron). Elle vit à l’intérieur des cellules de l’insecte et lui fournit des acides aminés essentiels. La bactérie Wolbachia est hébergée dans des organes génitaux de certains insectes. Cette bactérie peut contrôler les capacités de reproduction de son hôte.

Des bactéries sont associées aux termites et leur apportent des sources d’azote et de carbone. D’autres colonisant le rumen (flore intestinale) des herbivores permettent la digestion de la cellulose par ces animaux. La présence des bactéries dans l’intestin de l’Homme contribue à la digestion des aliments mais les bactéries fabriquent également des vitamines comme la vitamine K et la biotine.

Certaines bactéries colonisent le jabot d’un oiseau folivore (consommateur de feuilles), le Hoazin (Opisthocoms hoasin). Ces bactéries permettent la digestion de la cellulose des feuilles, de la même manière que dans le rumen des ruminants.

Des bactéries bioluminescentes comme Photobacterium sont souvent associées à des poissons ou des invertébrés marins. Ces bactéries sont hébergés dans des organes spécifiques chez leurs hôtes et émettent une luminescence grâce à une protéine particulière : la luciférase. Cette luminescence est utilisée par l’animal lors de divers comportement comme la reproduction, l’attraction des proies o la dissuasion de prédateurs.

 Parasitisme

Certaines maladies des plantes sont causées par des champignons et des virus qui pénètrent souvent par des blessures. De nombreuses bactéries foliaires sont phytopathogènes. Exemple : Erwinia amylovora responsable de « feu bactérien » sur poirier et pommier, Xanthomonas campestris agent responsable des lésions et nécrose sur le limbe.

Les bactéries pathogènes sont responsables de maladies infectieuses humaines et animales. Les exemples de maladies infectieuses comprennent le choléra, la peste, la tuberculose et la grippe.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II. Interactions entre microorganismes

La capacité des microorganismes à coloniser les surfaces biotiques et abiotiques est un processus universel. Ce processus conduit à la formation de dépôts plus ou moins structurés, regroupés sous le terme générique de « biofilm ». Ce comportement des bactéries apparaît comme une réponse adaptative à un environnement plus ou moins hostile, ou du moins peu favorable, à une croissance sous forme planctonique. Cette « différenciation » bactérienne conduit à des modifications drastiques du comportement cellulaire, avec modification des fonctions métaboliques (Davey et O'Toole, 2000). Ce mode de vie protège les microorganismes qui le constituent et leur confère de nombreux avantages : coopération dans certains systèmes cataboliques, synergies entre microorganismes, expressions phénotypiques de facteurs de résistance lors de situations de stress... ( Grasteau, 2011).

 

L’adhésion des microorganismes aux surfaces constitue la première étape dans la formation d’un biofilm qui constitue une source de bio-contamination dans divers domaines tels que la santé, l’environnement et l’industrie alimentaire (Wang et al., 1995; Jucker et al., 1996).

Dans le secteur médical, les biofilms sont à l’origine d’infections chroniques et d’infections nosocomiales, le plus souvent en rapport avec le port de prothèses médicales (Grasteau, 2011).

 

On a rapporté que 65% des infections recensées dans les pays développés sont dues à des biofilms et plus de 80% des infections bactériennes chroniques sont associées à leur présence (Hall-Stoodley et Costerton 2004). Les infections à biofilms sont résistantes aux traitements antibiotiques, et posent de sérieux problèmes en matière de santé publique (Grasteau, 2011).

L’éradication des biofilms pose de réels problèmes dans le domaine médical. En effet, si les traitements antibiotiques classiques sont efficaces sur les bactéries planctoniques, ils révèlent parfois une efficacité quasiment nulle sur les biofilms (Herard , 1998)

I-1 Définition et caractéristiques

Un biofilm est constitué d’une communauté de microorganismes fixés à une surface et généralement inclus dans une matrice extracellulaire (Carpentier et Cerf, 1993). Plus généralement, est considérée comme biofilm toute association de microorganismes adhérant entre eux ou à une surface (Costerton et al., 1995).

Ces microorganismes sont englobés dans une matrice généralement constituée de polymères extracellulaires ou EPS (extrapolymeric substances) sécrétés par ces mêmes microorganismes. Les EPS renferment en majorité des polysaccharides macromoléculaires et en moindre mesure des protéines, des lipides et des acides nucléiques (Flemming et al., 1999; Sutherland, 2001).

Le biofilm présente une structure hétérogène et discontinue, marquant une dispersion non uniforme des colonies à la surface du matériau. Les agrégats qui se différencient au niveau des biofilms sont entourés par des canaux qui peuvent occuper jusqu’à 50% du volume total du biofilm. Le biofilm permet de voir les microorganismes en tant qu’une communauté organisée, dynamique et caractérisée par un changement radical du phénotype (Grasteau, 2011).

 

 

 

 

 

 

I-Etapes de formation d’un biofilm

La formation d’un biofilm bactérien sur une surface solide est un phénomène complexe dans lequel des processus physiques, chimiques et biologiques sont impliqués ( Lappin-Scott et Costerton, 1995). La constitution d’un biofilm mature nécessite plusieurs étapes

 

 Adhésion primaire réversible et non spécifique à une surface

 

Cette étape permet la transition de l’état planctonique à l’état sessile. L’hydrophobicité des cellules et de la surface de contact est associée à l’adhésion initiale (Busscher et Weerkamp, 1984). En général, l’hydrophobicité est associée à la présence de structures à la surface des cellules comme les flagelles, pili, lipopolysaccharides et bien d’autres, variant d’une espèce à une autre, de l’état physiologique des cellules et des conditions environnementales. La charge électrostatique peut également jouer un rôle dans l’attachement des bactéries à une surface (Van der Mei et Busscher 2001).

Sachant que les cellules bactériennes et les surfaces sont entourées d’une couche ionique négative, la superposition de celle-ci conduit à une répulsion électrostatique. La formation d’un film de conditionnement à la surface du support par l’adsorption d’éléments nutritifs du milieu va également intervenir dans les tous premiers instants de la rencontre entre la cellule et la surface et influencer son adhésion. Cette étape est suivie par un attachement secondaire spécifique et irréversible à la surface (Grasteau, 2011).

 

Adhésion permanente irréversible et spécifique à une surface

 

Plusieurs facteurs sont responsables de cette adhésion irréversible. Parmi ceux-ci la formation de micro-colonies. Une micro-colonie consiste en un petit agrégat de cellules associées à une surface (O'Toole et Kolter, 1998 ; Sauer et Camper, 2001). La formation de micro-colonies est assurée par la présence de certains types de pili (Tfp) à la surface de la bactérie. Ces pili vont permettre une certaine forme de mouvement aléatoire des cellules à la surface faisant intervenir un mécanisme d’extension, d’attachement et de rétraction des pili et qui rendra possible l’agglomération des cellules et la formation de micro-colonies (Merz et So, 2000). Le pili de conjugaison intervient lors du contact initial avec la surface et lors de la maturation du biofilm et joue un rôle de stabilisation dans la structure du biofilm (Beloin et Roux, 2008).

 

Sécrétion de la matrice extracellulaire (EPS)

 

À partir d'une concentration suffisamment dense d'individus, les micro-colonies commencent la sécrétion de la matrice extracellulaire (Grasteau, 2011). Le biofilm est connu pour être composé de multicouches de micro-colonies bactériennes englobées dans le biofilm. L’accumulation des bactéries en micro-colonies et la maturation du biofilm est contrôlée par une adhésine polysaccharidique intracellulaire (PIA) (McKenney et Hubner, 1998).

 

Maturation du biofilm

 

Le biofilm grandit et mûrit, s'épaississant jusqu'à devenir macroscopique en conditions optimales, c’est une étape déterminante dans la différentiation des biofilms. Dès que l’attachement au substrat devient irréversible, le biofilm entame des phases de croissance et de maturation (Clutterbuck et Woods 2007). La maturation du biofilm est divisée en deux phases

- La première phase est marquée par des régulations génétiques importantes, engendrant un changement marqué du phénotype par rapport aux formes planctoniques. Elle concerne essentiellement des gènes codant pour des protéines impliquées dans des métabolismes anaérobies; cela suggère la faible présence d’oxygène, surtout dans les zones les plus proches du support (Sauer et al., 2002).

- La seconde phase de maturation du biofilm est marquée par des synthèses protéiques importantes, très différentes de celles ayant lieu lors de la première phase de maturation du biofilm. L’épaisseur maximale du biofilm est atteinte durant la phase de maturation (Clutterbuck et Woods 2007). La mise en évidence du système de communication inter- cellulaire à l’intérieur du biofilm illustre bien le niveau de complexité de ce micro- environnement qui le distingue du mode de croissance planctonique (Miller et Bassler, 2001).

 

Dispersion des bactéries

 

Lorsque l’épaisseur maximale du biofilm est atteinte, le stade final de développement du biofilm peut avoir lieu. Il s’agit du stade de dispersion : des formes planctoniques sont relarguées dans le milieu extérieur, à partir du biofilm. Cette dernière étape se produit lors du vieillissement du biofilm, ou de certains stress ou carences, les microorganismes peuvent activement se séparer du biofilm, parfois consommant la matrice qui représente une source d'énergie. Les bactéries peuvent se détacher de façon continue, en petites quantités: on parle d’«érosion» du biofilm. Mais on peut assister aussi à un détachement massif et rapide, « en lambeaux », de quantités importantes de bactéries, appelé «sloughing». Cette étape du développement du biofilm a été relativement peu étudiée jusqu’à présent (Stoodley et Sauer, 2002).

 

2 Propriétés communes intervenant dans la formation d’un biofilm

 

Les moyens utilisés par les bactéries pour former des biofilms diffèrent selon les espèces considérées, mais on peut définir trois propriétés communes à tous les biofilms (Goller et Romeo, 2008):

Ø  Les cellules constituant le biofilm sont reliées entre elles par une matrice extracellulaire composée de polysaccharides, de protéines et d’acides nucléiques;

Ø  Le développement d’un biofilm est sous l’influence de signaux extracellulaires (environnementaux) et cellulaires (notion de quorum sensing);

Ø  Le biofilm protège les bactéries qui le constituent de l’action des agents antimicrobiens, des défenses immunitaires de l’hôte et d’éventuels prédateurs.

 

3 Le Quorum Sensing : régulation de la formation des biofilms

 

La formation d’un biofilm est contrôlée par des mécanismes de quorum sensing. Il s’agit de mécanismes de contrôle ayant lieu au sein des cellules, optimisés par des signaux de cellules à cellules, et dépendant de la quantité de cellules présentes : on parle de mécanismes de perception du quorum. Ces mécanismes sont basés sur le principe de masse critique (Costerton, 1999; Tomlin et Malott , 2005).

Une fois que les signaux atteignent une valeur seuil (valeur critique), des régulateurs transcriptionnels sont activés et exercent un contrôle sur des gènes spécifiques (Costerton 1999; Irie et Parsek, 2008).

 

4 Facteurs influençant la formation des biofilms

1 Facteurs influençant l’adhésion des biofilms aux supports

Ces paramètres peuvent se résumer en facteurs liés aux microorganismes, d’autres liés aux propriétés physico-chimiques (pH, température...), d’autres structuraux (nature du matériau) et hydrodynamiques (débits, régimes,...), d’autres qui se traduisent par la disponibilité en nutriments, et finalement, des facteurs liés à la présence de certains produits toxiques pour les bactéries, tels que les désinfectants (Boutaleb, 2007).

 

-1-1 Facteurs liés aux supports

La formation d’un film de conditionnement à la surface du support par l’adsorption

d’éléments nutritifs du milieu va également intervenir dans les tous premiers instants de la

rencontre entre la cellule et la surface et influencer son adhésion. Cette étape est suivie par un

attachement secondaire spécifique et irréversible à la surface (Grasteau, 2011). En général,

l’adhésion est favorisée lorsque la surface de contact possède une rugosité élevée (Arnold et Bailey, 2000)

 

1-2 Facteurs liés à l’environnement

Une augmentation de la vitesse du flux, de la température du liquide ou de la concentration en nutriments peut aussi entraîner une augmentation de la fixation des bactéries à une surface, à condition que ces facteurs n’excèdent pas une valeur critique (Donlan et Costerton, 2002). De bonnes conditions nutritives sont nécessaires aux étapes de formation du biofilm, alors que les phases de développement tardif sont possibles dans des conditions nutritives moins bonnes. Ainsi, le type de biofilm dépend des conditions nutritives, ce qui suggère une facilité de remodelage des biofilms (Clutterbuck et Woods 2007).

 

1-3 Facteurs liés aux microorganismes

Les propriétés physico-chimiques de la paroi cellulaire (charge, caractère hydrophobe/hydrophile, acide ou basique) dépendent de la composition de la paroi cellulaire (Latrache et al ., 1994) et de leur métabolisme, celles-ci changeant en fonction des conditions de culture (température, composition du milieu nutritif...), le type de Gram (+ ou –) de l’espèce bactérienne, et donc influencent l’adhésion bactérienne aux supports (Bellon- Fontaine et Cerf, 1991).

Il est chimiquement accepté que les cellules hydrophobes aient tendance à adhérer sur un substrat hydrophobe et les cellules hydrophiles ont tendance à adhérer sur un substrat hydrophile. Par exemple, en considérant que les interactions électrostatiques sont négligeables, l’adhésion sur le téflon semble être gouvernée uniquement par les interactions acido-basiques. Dans le cas du verre, c’est la combinaison des interactions acido-basiques et des interactions hydrophile - hydrophiles qui serait à l’origine de l’adhésion (Hamadi et al., 2009).

 

 

 

 

5- Facteurs favorisant la dispersion d’un biofilm

 

Les mécanismes d’attachement et de détachement d’un biofilm sont étroitement liés puisque les facteurs moléculaires intervenant dans l’attachement doivent être détruits ou inactivés pour qu’il y ait détachement (Spormann, 2008).

 

Plusieurs facteurs peuvent intervenir dans le détachement du biofilm et la dispersion de bactéries sous forme planctonique. Parmi ces facteurs, on peut citer selon Spormann (2008):

 

Ø  L’action mécanique exercée par un flux de liquide ;

Ø  L’arrêt de la synthèse de matériaux constitutifs du biofilm : polysaccharides de la matrice par exemple;

Ø  La lyse de cellules du biofilm par l’EDTA, NaCl, le encore d’autres agents

chélateurs,

Ø  Les changements environnementaux : limitation en oxygène ou en nutriments.

 

L’action de facteurs de détachements (surfactants ou enzymes dégradant la matrice) peuvent également être impliqués dans le détachement du biofilm (Otto, 2008).

 

Cas des biofilms négatifs

 

Les biofilms colonisent des surfaces très variées et sont particulièrement connus pour leurs effets néfastes dans les domaines de la santé et de l’industrie générant des charges économiques importantes. Parmi leurs impacts négatifs les plus connus, on peut citer les maladies nosocomiales, les contaminations de produits alimentaires, la bio-détérioration des matériaux (en particulier la bio-corrosion), l’encrassement biologique des équipements

ndustriels, etc.... (Parot, 2007). Le tableau I résume les problèmes induits par ces biofilms dans différents secteurs (Klein et al., 2010).

 

· Pseudomonas aeruginosa
P. aeruginosa constitue le cas le plus étudié parmi les biofilms à l’origine des infections

chez l’Homme, elle est responsable d’infections pulmonaires chroniques chez les patients atteints de mucoviscidose lorsqu’elle est organisée en biofilm (Spoering et Lewis, 2001).

C’est un des plus importants agents pathogènes bactériens présents en milieu hospitalier, responsable de 30 % des infections, dont 47% sont des pneumonies "ventilatoires" (ventilator associated pneumonia, VAP). En effet, l'intubation prolongée avec un instrument endotrachéal entraîne de grands risques de développer une « VAP », puisqu'une colonisation du tractus respiratoire supérieur par P. aeruginosa apparaît chez 90% des patients, avec une mortalité atteignant 40% malgré une forte thérapie antibiotique. Par conséquent, il est nécessaire de mettre au point une nouvelle stratégie permettant d'empêcher, ou du moins de réduire l'apparition de VAP dues à P. aeruginosa. La colonisation bactérienne du tractus respiratoire implique la formation de biofilms sur la surface du matériel d'intubation (Triandafillu, 2003).

 

 

 

 

· Staphylococcus aureus

Le genre Staphylococcus occupe une place très importante en pathologie humaine et animale (Avril et al., 1992). S. aureus peut être responsable d’endocardites, de septicémies, de pneumopathies, d’ostéomyélites, d’arthrites, d’infections urinaires ou de méningites

(Grundmann et al., 2002) et sa résistance au antibiotiques en particulier à la méthicilline est une préoccupation majeure.

La virulence de S. aureus est liée à la production d’enzymes, de toxines, à la présence de protéines de surface (adhésion), de protéines de liaison au fibrinogène et à sa capacité à former des biofilms par production d’exopolysaccharides (Fox et al., 2005 ; Oliveira et al., 2006). Cette bactérie présente aussi la capacité d’adhésion et à former des biofilms sur plusieurs surfaces telles que l’acier inoxydable et le plastique (Lahaye, 2006).

 

· Enterococcus faecalis

Le genre Enterococcus fait l’objet de nombreuses études en raison de sa position entre risque sanitaire et intérêt technologique. En effet, les espèces de ce genre peuvent participer à l’élaboration des caractéristiques sensorielles (Giraffa, 2003) mais elles ne sont pas reconnues sans risque et n’ont pas le statut de GRAS (Generally-Recognised-As-Safe) car elles possèdent des gènes codant pour des facteurs de virulence (Elsner et al., 2000).

Les entérocoques, sont identifiés en tant que bactéries pathogènes opportunistes et font partie de la flore normale de la cavité buccale, intestinale et génitale. Se sont des agents nosocomiaux communs qui infectent l'appareil urinaire, circulation sanguine, régions intra- abdominales et pelviennes, emplacements chirurgicaux et le système nerveux central (Murray et Weinstock, 1999; Richards et al., 2000).

En. faecalis, un agent commensal humain, est l’une des causes importantes des infections nosocomiales par sa capacité à former des biofilms sur les dispositifs biomédicaux tels que les cathéters urinaires et les cathéters veineux centraux (Donlan et al., 2002). C’est l’espèce d'entérocoques la plus commune, et est responsable de 80-90% d'infections entérococciques humaines. Les pourcentages d’infections causées par la contamination des dispositifs médicaux par les biofilms d’En. faecalis sont étendus de 94 à 100% (Di Rosa et al., 2006).

I-7 Cas des biofilms positifs

Dans la nature, les biofilms ont des impacts bénéfiques multiples, puisqu’ils sont responsables dans le sol du recyclage des nutriments, ils jouent un rôle important dans la production d’oxygène, dans la fixation du carbone et de l’azote, mais également dans les processus de bio-minéralisation ou de bio-remédiation (Parot, 2007).

Dans certains secteurs, les effets positifs des biofilms sont recherchés : implication dans la colonisation du tractus gastro-intestinal ou de la surface des racines des végétaux, probiotiques, traitements des déchets et dépollution (Klein et al., 2010).

Parmi les genres les plus étudiés on a Lactococcus (dont Lc. lactis) et Lactobacillus (dont Lb. paracasei).

 

Cas de Lactococcus lactis
Le genre Lactococcus correspond au groupe des streptocoques lactiques de Sherman

(1937) dont la principale espèce est Lactococcus lactis (Lc. lactis ssp.). Se sont des cocci à Gram positif, anaérobies facultatives, à catalase négative, non sporulées, immobiles, isolées ou en courtes chaînettes. Ce genre comprend 4 espèces : Lc. garviae, Lc. plantarum, Lc. raffinolactis et Lc. lactis, elle-même divisée en 2 sous-espèces : Lc. lactis ssp. lactis et Lc. lactis ssp. cremoris (Stiles et Holzapfel, 1997). Le genre Lactococcus possède une température optimale de croissance variant de 21°C à 30°C et un pH optimal de 5,6-6,5. Ces bactéries sont capables de croître à 10°C mais pas à une température supérieure à 40°C. La thermo-résistance de ces bactéries est faible alors que leur viabilité est perdue après 30 minutes d’exposition à 63°C (Novel, 1993).

Selon une étude menée par Habimana et al. (2007), l’adhésion de Lc. lactis aux surfaces abiotiques (verre, polymères) a permis d’identifier certains déterminants moléculaires impliqués dans les processus bio-adhésifs, telles que les protéines de surface.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. LES GRANDS GROUPES DE MICROORGANISMES DU SOL ET LEUR RÔLE

Dans le sol, les microorganismes sont représentés par quelques métazoaires, des protozoaires, des algues microscopiques, des champignons, des bactéries, des actinomycètes, des cyanobactéries et des virus. Les bactéries, les cyanobactéries et les actinomycètes n'ont pas de noyau individualisé; leur information génétique est portée par une molécule cyclique d'acide désoxyribonucléique et des plasmides. Ces organismes sont appelés procaryotes, par opposition aux autres organismes possédant un noyau individualisé, les eucaryotes.

Différentes classifications ou différents groupements peuvent être utilisées pour présenter les microorganismes du sol. Toutefois une présentation fondée sur la taxonomie phylogénique n'est pas toujours adaptée à une discipline qui met l'accent sur les activités des organismes. En effet, la taxonomie phylogénique sépare de façon parfois très marquée des microorganismes ayant un comportement très voisin dans les sols. Un exemple caractéristique est celui des algues et des cyanobactéries qui se comportent tous deux en producteurs primaires photosynthétiques dans les sols et les eaux douces, mais qui sont classés dans deux domaines différents

2.1. VIRUS

Ce sont les plus petites entités vivantes. Ils ne peuvent se multiplier qu'à l'intérieur des cellules d'autres organismes vivants. Leur taille varie de 100 à 1000 Å. Ils sont formés uniquement d'une enveloppe protéique contenant un acide nucléique (ADN ou ARN). Chaque virus parasite un hôte spécifique.

Les virus vivants dans des microorganismes du sol parasitent des bactéries (bactériophages), des cyanobactéries (cyanophages), des actinomycètes (actinophages) et des champignons. L'importance écologique des virus est encore mal connue. En particulier on peut envisager leur implication dans des échanges génétiques.

2.2. PROCARYOTES

2.2.1. Procaryotes photosynthétiques

2.2.1.1. Les cyanobactéries

Les cyanobactéries sont des procaryotes photosynthétiques dont certains sont capables de fixer l'azote atmosphérique. Possédant un système photosynthétique producteur d'oxygène, elles ont été pendant longtemps classées dans les algues (algues bleu-vert, cyanophycées). Leur nature procaryotique les a fait reclasser dans les bactéries Gram négatives. Elles ont des formes structurales très diverses qui vont des organismes unicellulaires à des organismes pluricellulaires filamenteux présentant des ramifications de plusieurs types et formant des thalles. Leur couleur est due à la présence de pigments (chlorophylle, carotènes, xanthophylles, phycocyanine bleue et phycoérythrine rouge) et de mucilage. Elle varie du jaune sale au noir en passant par différentes teintes de bleu-vert ou de brun.

2.2.1.2. Les bactéries rouges et vertes

Ce sont des microorganismes qui tirent leur énergie de la lumière, possédent des pigments spécifiques (bactériochlorophylles) et ne produisent pas d'oxygène

Les bactéries rouges sont mobiles; elles se développent à la lumière en anaérobiose en utilisant le

CO2 comme source de carbone et des composés minéraux réduits (H2S, H2) comme donneurs

d'électrons. Elles peuvent aussi croître à l'obscurité en aérobiose en oxydant des composés organiques, et en utilisant du carbone combiné.

Les bactéries vertes sont immobiles et ne se développent qu'en anaérobiose à la lumière sur CO2.

2.2.2. Bactéries non photosynthétiques

 Les bactéries du sol ont une grande variété de formes. Elles peuvent être mobiles ou immobiles, et posséder ou non des formes de résistance (spores, kystes).
On utilise fréquemment une réaction colorée de la membrane (coloration de Gram) pour caractériser les espèces. Bien que certaines bactéries puissent avoir des colorations de Gram variables suivant leur état physiologique, cette coloration est toujours largement utilisée en taxonomie car les bactéries qui font visiblement partie d'un même sous-groupe, réagissent de la même façon.

2.2.3. Actinomycètes

Souvent décrits comme un groupe distinct par les microbiologistes du sol, les actinomycètes sont en fait des Eubactéries Gram positives à structure végétative de type mycélien (Fig. 2.5). Les actino- mycètes présentent des similitudes avec les Eubactéries et les Champignons et il existe des formes de transition entre les formes mycéliennes typiques et les formes unicellulaires présentant une aptitude peu marquée à former un mycélium ramifié. Le diamètre des filaments des formes mycéliennes est toutefois environ deux fois plus faible (0,5 à 1,2 μm) que celui des mycélia de champignons.

Dans le sol, la densité des Actinomycètes, essentiellement représentés par les genres Nocardia et Streptomyces est en général 3 à 15 fois plus faible que celle des Bactéries et varie entre 105 et 108 unités par g de sol. Leur densité augmente dans les sols alcalins et décroît dans les sols submergés. Les besoins énergétiques et alimentaires limités des Actinomycètes explique leur ubiquité: ils sont présents sous tous les climats, sur tous les types de résidus. Leur rôle dans le sol est important en raison de leur aptitude à dégrader les substances organiques non biodégradables par les champignons et les bactéries, et à produire des substances probiotiques, antibiotiques ou toxiques.

 

2.3. CHAMPIGNONS

Microorganismes non photosynthétiques, les champignons regroupent une grande variété d'organismes eucaryotes qui sont divisés en sous-groupes en fonction de critères morphologiques. Les champignons forment généralement des filaments fins ou hyphes qui peuvent être cloisonnés ou non et sont communément polynucléés. L'ensemble des hyphes forme le mycelium (ou thalle). La partie visible des champignons supérieurs (le carpophore ou "champignon" au sens culinaire du terme) ne constitue qu'une très faible partie du mycélium présent dans le sol. Les estimations de biomasse fungique dans les horizons organiques de surface des sols exondés sont de 30 à 60 mètres d'hyphes par gramme de sol, soit des valeurs d'au moins une tonne par hectare.

2.4. ALGUES

Cet ensemble regroupe des formes extrêmement variées de tailles diverses, depuis les organismes unicellulaires microscopiques jusqu'aux algues marines qui peuvent atteindre 30 m de long. Ce sont les plus simples des eucaryotes chlorophylliens (Fig 2.9). Leur classification est fondée sur la composition des pigments et de la paroi cellulaire (Tableau 2.9) Les formes terrestres sont essentiellement des Chlorophycées, Euglénophycées (aussi considérées comme des protozoaires), et des Chrysophycées (Diatomées). Les cyanobactéries (ex algues bleues ou Cyanophycées) sont désormais classées avec les bactéries mais leur comportement dans les sols et les eaux est similaire à celui des algues eucaryotes unicellulaires et filamenteuses.

Les algues, en raison de leur caractère photosynthétique, ont une signification différente des autres microorganismes du sol. Alors que les bactéries et champignons sont principalement des agents de décomposition et de minéralisation, les algues sont des producteurs primaires. Dans les milieux fertiles, leur contribution, qui est faible par rapport à celle des Phanérogames, passe souvent inaperçue. Par contre dans les milieux extrêmes (pluviométrie réduite, températures élevées ou très basses, milieux hyper salés ....) elles constituent le producteur primaire principal.

 

3. LE SOL EN TANT QU'HABITAT POUR LES MICROORGANISMES

Le sol est formé par la transformation d'une roche mère sous l'influence de facteurs physiques, physico-chimiques et biologiques. On peut définir le sol en tant que pédosphère, comme étant l'intersection des lithosphère, hydrosphère, biosphère et atmosphère, modifiée au cours du temps et éventuellement sous l'action de l'homme .

Il existe des interactions trophiques étroites entre les microorganismes présents dans différentes niches écologiques du sol présentant des conditions physico-chimiques très différentes.

Ceci est démontré pour les sols submergés par l'expérience de la colonne de Winogradsky. On enrichit un échantillon de sol en gypse et en débris organiques et on le place 3 à 5 cm au fond d'un cylindre rempli d'eau. Un peu d'espace est laissé sous le bouchon qui est hermétiquement placé. La colonne ainsi préparée est laissée à la lumière et à la température ambiante pendant plusieurs mois.

Les composés organiques sont dégradés par les bactéries sulfatoréductrices dans le sol enrichi en sulfate de calcium, les sulfures produits sont réoxydés par différents microorganismes: bactéries vertes et rouges, utilisant le CO2 produit par décomposition de la matière organique pour leurs synthèses. Au sommet de la colonne, où se trouve l'oxygène, se développent des cyanobactéries et des bactéries sulfooxydantes aérobies. Cette colonne peut ainsi fonctionner en équilibre pendant de nombreuses années, l'apport d'énergie étant fourni par la lumière .