Добірка наукової літератури з теми "Biofilms – Lutte contre"

Les biofilms sont des populations ubiquitaires de micro-organismes englobés dans une matrice extracellulaire, susceptibles de se développer sur des surfaces biotiques ou abiotiques, notamment les dispositifs médicaux invasifs, avec le risque à terme de conduire à la survenue d’infections sur matériel. En soins critiques, les cathéters intravasculaires et les sondes d’intubation sont les plus fréquemment associés au développement du biofilm. Pourtant, le rôle de ce dernier dans la survenue d’évènement cliniques infectieux, demeurent incertains. Il n’existe ainsi à ce jour aucune méthode standardisée pour la mise en évidence du biofilm. En particulier, le diagnostic d’infection liée aux dispositifs médicaux invasifs en soins critiques repose aujourd’hui sur un faisceau d’arguments cliniques et microbiologiques qui varient grandement d’une équipe à l’autre. Certaines approches innovantes, comme le recours ponctuel à l’anatomopathologie ou encore à de nouvelles modalités d’imagerie optique, pourraient améliorer la reconnaissance, le diagnostic et le traitement de ces infections. Il s’agirait notamment de mieux orienter le choix de la stratégie thérapeutique parmi le retrait du dispositif impliqué, lorsque cela est possible, ou la place du traitement anti-infectieux le plus adapté à la documentation microbiologique et au risque de germe multirésistant.

Background: Staphylococcus aureus is one of the species of bacteria most frequently isolated from medical devices. The ability to produce biofilm is an important step in the pathogenesis of these staphylococci infection, and biofilm formation is strongly dependent on environmental conditions as well as antibiotics and disinfectants used in the treatment and prevention of infections.Methodology: In this study, 28 S. aureus isolated from medical devices at the University Hospital Center of Sidi Bel Abbes in Northwestern Algeria were tested for biofilm formation by culture on Red Congo Agar (RCA). The tube method (TM) and tissue culture plate (TCP) techniques were also used to investigate the effect of penicillin, ethanol and betadine on pre-formed biofilm.Results: Nineteen S. aureus isolates produced biofilm on the RCA and 7 produced biofilms by the tube method, 2 of which were high producer. In addition, 9 S. aureus isolates produced biofilm on polystyrene micro-plates, and in the presence of penicillin and ethanol, this number increased to 19 and 11 biofilm producing S. aureus isolates respectively. On the other hand, no biofilm was formed in the presence of betadine.Conclusion: It is important to test for biofilm formation following an imposed external constraint such as disinfectants and antibiotics in order to develop new strategies to combat bacterial biofilms but also to better control their formation. Keywords : Staphylococcus aureus, biofilm, medical device, disinfectant, antibiotic French Title: Effets de certains désinfectants et antibiotiques sur la formation de biofilms par Staphylococcus aureus isolé à partir de dispositifs médicaux au Centre Hospitalier Universitaire de Sidi Bel Abbès, Algérie Contexte: Staphylococcus aureus est l'une des espèces de bactéries les plus fréquemment isolées des dispositifs médicaux. La capacité de produire du biofilm est une étape importante dans la pathogenèse de ces infections à staphylocoques, et la formation de biofilm dépend fortement des conditions environnementales ainsi que des antibiotiques et des désinfectants utilisés dans le traitement et la prévention des infections. Méthodologie: Dans cette étude, 28 S. aureus isolés à partir de dispositifs médicaux au Centre hospitalier universitaire de Sidi Bel Abbès dans le nord-ouest de l'Algérie ont été testés pour la formation de biofilm par culture sur gélose rouge du Congo (RCA). La méthode des tubes (TM) et les techniques de plaques de culture tissulaire (TCP) ont également été utilisées pour étudier l'effet de la pénicilline, de l'éthanol et de la bétadine sur le biofilm préformé. Résultats: Dix-neuf isolats de S. aureus ont produit un biofilm sur le RCA et 7 ont produit des biofilms par la méthode des tubes, dont 2 étaient très productifs. De plus, 9 isolats de S. aureus ont produit du biofilm sur des microplaques en polystyrène, et en présence de pénicilline et d'éthanol, ce nombre est passé à 19 et 11 isolats de S. aureus producteurs de biofilm respectivement. En revanche, aucun biofilm ne s'est formé en présence de bétadine. Conclusion: Il est important de tester la formation de biofilm suite à une contrainte externe imposée comme les désinfectants et les antibiotiques afin de développer de nouvelles stratégies pour lutter contre les biofilms bactériens mais aussi pour mieux contrôler leur formation. Mots-clés: Staphylococcus aureus, biofilm, dispositif médical, désinfectant, antibiotique

La plupart des bactéries utilisent un système de communication, le quorum sensing, fondé sur la sécrétion et la perception de petites molécules appelées autoinducteurs qui leur permettent d’adapter leur comportement en fonction de la taille de la population. Les bactéries mutualisent ainsi leurs efforts de survie en synchronisant entre elles la régulation de gènes impliqués notamment dans la virulence, la résistance aux antimicrobiens ou la formation du biofilm. Des méthodes ont vu le jour pour inhiber cette communication entre bactéries et limiter leurs effets nocifs. Des inhibiteurs chimiques, des anticorps ou encore des enzymes capables d’interférer avec les autoinducteurs ont été développés et se sont montrés efficaces pour diminuer la virulence des bactéries à la fois in vitro et in vivo. Cette stratégie, appelée quorum quenching, a également montré des effets synergiques avec des traitements antibactériens classiques. Il permettrait notamment d’augmenter la sensibilité des bactéries aux antibiotiques. Ceci constitue une piste thérapeutique prometteuse pour lutter contre les infections bactériennes et limiter les conséquences de l’antibiorésistance.

L’objectif assigné à la présente étude est d’élaborer une solution antiseptique à base d’extrait éthanolique des feuilles du noyer (Juglans regia (L.)) et d’évaluer le potentiel antibiofilm in vitro des souches staphylocoques incriminées dans les infections ostéoarticulaires sur matériel (IOAM) en chirurgie orthopédique postopératoire. L’extrait éthanolique de Juglans regia (L.) a été incorporé comme un principe actif antimicrobien dans la formulation de la solution antiseptique 2 %. Quatorze souches de Staphylococcus aureus ont été collectées sur pus de plaies postopératoires, chez des sujets victimes d’une fracture osseuse, bénéficiant d’une prothèse et/ou d’un matériel d’ostéosynthèse (fixateur externe, vis, clou, plaque vissée). La méthode de la plaque à microtitration a été utilisée pour évaluer la capacité des souches pathogènes prélevées de produire le biofilm. Le potentiel antibiofilm de la solution antiseptique 2 % a été réalisé par la technique de dilution en milieu liquide pour la détermination de la concentration minimale inhibitrice de biofilm (CMIB). La CMIB a mis en évidence un effet antibiofilm remarquable. Une CMIB mesurée à 6,25 % (v/v) a manifesté un degré de sensibilité antibiofilm efficace in vitro sur 92,86 % des souches. Face à l’efficacité de la solution antiseptique 2 % sur les germes incriminés dans les IOAM, son utilisation comme un produit naturel, sans effets indésirables pour les soins locaux et la désinfection cutanée postchirurgicale, semble prometteuse dans la lutte contre les infections.

L'adhésion de salissures marines sur les structures immergées en eau de mer cause de sévères dégâts et problèmes économiques par une accélération de la dégradation des matériaux et une diminution des performances industrielles. Nous avons choisi de tester le potentiel antisalissure de préparations enzymatiques commerciales de type hydrolases (protéases, glycosidases et lipases) sur les premières étapes d'adhésion des salissures marines : le biofilm bactérien. Un test d'évaluation de propriétés antisalissures concernant l'adhésion d'une bactérie marine du genre Pseudoalteromonas sp. D41 en microplaque et en eau de mer naturelle stérile a été mis au point. Ce test est adapté au criblage d'activités de prévention ou de nettoyage d'un biofilm marin et permet de tester la toxicité des préparations enzymatiques sur les cellules non adhérées. Les taux d'inhibition exprimés en fonction du logarithme de la concentration en enzyme consiste en une courbe sigmoïde de type dose-réponse. Des hydrolases testées, les protéases dont la subtilisine sont les plus efficaces. Un mélange d'activités enzymatiques amylases, lipases et protéases a montré une forte synergie d'activité pour inhiber l'adhésion de Pseudoalteromonas sp. D41 en microplaque. L'étude de la composition de substances polymériques produites par Pseudoalteromonas sp. D41 en fermenteur et au sein d'un biofilm a permis de mieux comprendre la nature des molécules organiques cibles impliquées dans l'inhibition de l'adhésion
Fouling on marine underwater surfaces causes critical and economic problems such as important material biodamages and industrial performances reduction. We chose to test antifouling potential of enzymatic commercial preparations like hydrolases (proteases, glycosidases and lipases) in order to inhibit the first fouling adhesion step: bacterial biofilm formation. An evaluation test of antifouling properties onto marine bacterial adhesion was designed using a mono-incubation of Pseudoalteromonas sp. D41 in microtiter plate and in sterile natural sea water. This test was adapted to screen agents for bacterial adhesion removal or inhibition activities and allowed to test enzymatic preparations toxicity on non adhered bacteria. Inhibition rates according to logarithm of enzymatic preparation concentration exhibits a sigmoid shape like dose-response curves. Among hydrolases, proteases like subtilisin are the most efficient enzymes. The efficiency of amylase, lipase and protease activity mixture was evaluated and showed a high synergistic inhibition on Pseudoalteromonas sp. D41 adhesion in microtiter plate. Studies on polymeric extracellular substances from Pseudoalteromonas sp. D41 in fermentation and in biofilm will be helpful in the understanding of the organic molecules nature involved in the adhesion inhibition

Pseudomonas aeruginosa est un pathogène opportuniste induisant des infections chroniques chez les patients atteints de mucoviscidose. L'éradication de ces infections est presque impossible à l'âge adulte du fait de la formation de biofilms dans les poumons des patients. Les traitements antibiotiques actuels sont peu efficaces contre les biofilms car ce mode de vie assure d'une part la protection des bactéries contre les agents anti-microbiens par l'intermédiaire de la matrice extracellulaire, et favorise d'autre part l'émergence de mécanismes de résistance. Il est donc essentiel de trouver des alternatives thérapeutiques. La bactérie marine Pseudoalteromonas sp. 3J6 sécrète une molécule à activité anti-biofilm efficace contre la souche de laboratoire P. aeruginosa PA01 et les souches cliniques P. aeruginosa MUC-N1, MUC-N2 et MUC-P4. Ces souches ont été caractérisées aux niveaux de leur formation de biofilms in vitro et de leur virulence . Ceci a montré que ces souches sont très différentes les unes des autres et qu'une seule souche, telle que la souche de laboratoire PA01, ne peut pas être représentative des profils observés. Il est donc nécessaire de mener les études anti-biofilms sur plusieurs souches, telles que celles que nous avons sélectionnées. Le potentiel thérapeutique du surnageant de culture (SNa.Js} de Pseudoalteromonas sp. 3J6 et son extrait (Ea.Js} a été étudié en évaluant leur toxicité, la réponse inflammatoire, leur impact sur la production de facteurs de virulence et leur potentiel thérapeutique . SNa.Js et Ea.Js n'étaient pas toxiques vis-à-vis des modèles testés, n'induisaient pas de réponse inflammatoire dans les poumons de souris et n'augmentaient pas la production par P. aeruginosa des facteurs de virulence quantifiés. De plus, SNa.Js s'est avèré être aussi efficace que l'antibiotique ciprofloxacine pour traiter une infection à P. aeruginosa MUC-N2 in vivo sur modèle murin. Ces résultats sont encourageants quant à un potentiel thérapeutique de la molécule à activité anti-biofilm pour contribuer au traitement des infections à P. aeruginosa chez les patients atteints de mucoviscidose
Pseudomonas aeruginosa is an opportunistic pathogen leading to chronic infections in patients suffering of cystic fibrosis. Eradication of these infections is almost impossible in adults because of biofilm formation in patient's lungs. Current antibiotics treatments are not efficient enough against biofilms because this lifestyle first protects bacteria from antimicrobial agents via the biofilm extracellular matrix and secondly promotes the emergence of antibiotic resistance mechanisms. lt is therefore essential to find therapeutic alternatives . The marine bacterium Pseudoalteromonas sp. 3J6 secretes an anti-biofilm molecule active against the laboratory P. aeruginosa PA01 strain and the P. aeruginosa clinical strains MUC-N1, MUC-N2 and MUC­ P4. These strains were characterized at the levels of in vitro biofilm formation, and of their virulence. This part of the research work highlighted that these strains are different from one to another and that a single strain, such as the laboratory strain PA01, cannot be representative of the various patterns. Anti-biofilm studies have thus to be performed on several strains, such as the ones we selected. The therapeutic potential of the culture supernatant (SNa.Js} of Pseudoalteromonas sp. 3J6 and its extract Ea.Js was studied by evaluating their toxicity, inflammatory response, impact on virulence factors production, and therapeutic efficiency. SNa.Js and Ea.Js were not taxie against the tested models; did not induce inflammatory response in mice lungs, and did not enhance virulence factor production by clinical P. aerugonisa strains. Moreover, SNa.Js was as efficient as the ciprofloxacin antibiotic to treat an in vivo infection by P. aeruginosa MUC-N2 on mice. These results are encouraging as for a therapeutic potential of the anti-biofilm molecule to contribute at the treatment of P. aeruginosa infections of cystic fibrosis patients

Les Biofilms se développant dans les systèmes de dialyse sont des sources d'endotoxines, responsables d'inflammations chroniques chez le patient dialysé. L'efficacité des nombreux procédés de lutte contre le biofilm proposés par les industriels a été évaluée afin d'aider les utilisateurs à faire un choix. Un protocole d'analyse des biofilms a d'abord été développé, basé sur trois paramètres principaux : la surface couverte, le nombre de bactéries cultivables et le taux d'endotoxines. Des échantillons de tubulures ont été prélevés dans des centres de dialyse et analysés. Les plus contaminés provenaient de la connexion entre la boucle de distribution d'eau et le générateur ; les plus propres avaient été désinfectées par l'association acide citrique-autoclave. Des études in vitro ont montré qu'aucun des procédés testés ne permettait une élimination complète du biofilm. Les procédés utilisant le chauffage du désinfectant favorisent la formation de biofilm par " cuisson " de celui-ci sur le support. Les meilleurs traitements à conseiller seraient soit l'association de l'eau de javel et d'un agent décalcifiant, soit l'utilisation d'un générateur Miroclav®
Biofilms that develop on dialysis systems release endotoxins that are responsible for inflammatory diseases. The efficacy of the various "anti-biofilm" procedures proposed by the manufacturers have been assessed to help the users to make a choice. First of all, a biofilm analysis protocol was set-up, based on three main parameters : the coverage, the culturable cells and the endotoxin level. Tubing samples were removed from dialysis centers and analyzed. The highest contamination was observed on the samples coming from the connection between the water distribution loop and the dialysis machine; the cleanest samples had been disinfected by citric acid followed by autoclave. In vitro studies showed that no tested procedure was able to lead to a complete biofilm removal. Procedures using a hot disinfectant promote biofilm growth by "baking" the biofilm on the surface. The best treatments to be recommended are either the combination between bleach and a descaling agent, or the use of a Miroclav® machine

Legionella est la bactérie à Gram négatif identifiée dans les épidémies de légionellose liées à la contamination des réseaux d’eau chaude et des tours aéroréfrigérantes. En France, où la maladie est soumise à déclaration obligatoire depuis 1987, plus un millier de cas sont recensés par an parmi lesquels 10 % s’avèrent mortels. Associée à un consortium des cellules microbiennes, Legionella se trouve attachée aux surfaces dans une matrice de polymères organiques et minéraux appelée biofilm. Dans cette structure, elle devient plus résistante aux procédés de désinfection que lorsqu'elle est sous forme libre. C’est dans ce contexte qu'ont été définis les objectifs de ce travail qui s'est articulé autour trois volets principaux : (1) le développement d'un outil analytique permettant l'étude de la dynamique des populations microbiennes dans l'eau et dans le biofilm d'un réseau d'eau chaude après différents traitements anti-Legionella, (2) le suivi de l'évolution de la flore totale procaryote et de Legionella en particulier dans l'eau et le biofilm après un traitement par choc thermique (70 °C pendant 30 minutes) et par un traitement chimique (biocide combiné à un biodispersant) et (3) la caractérisation de la diversité de Legionella dans le biofilm en relation avec la dynamique de la structure microbienne (bactérie et eucaryotes) du biofilm après ces deux traitements. Un pilote à l'échelle 1 constitué de deux boucles d'eau chaude similaires (boucles témoin et test) a été développé et contaminé par un biofilm naturel de Legionella. Les deux traitements testés (thermique et chimique) ont eu un effet transitoire. Un retour aux concentrations initiales en Legionella cultivables dans l'eau et dans le biofilm a été observé une semaine après l'application des traitements. Pour une des premières fois dans ce type d'études, l'utilisation de méthodes moléculaires de pointe (séquençage, SSCP) ont permis d'identifier la diversité de Legionella (cinq espèces dont quatre sont des pathogènes opportunistes) dans le biofilm des réseaux d'eau chaude et de caractériser la flore microbienne qui accompagne Legionella dans cette matrice (protéobactéries, amibes, flagellés, champignons, alvéolates). Ce travail apporte ainsi des éléments novateurs en termes d'outils permettant de tester les traitements anti- Legionella, de méthodes analytiques et de connaissance sur le consortium microbien qui accompagne Legionella dans le biofilm
Legionella is a Gram-negative bacterium identified in Legionnaires' outbreaks linked to contaminated hot water systems and cooling towers. In France, where this disease has been notifiable since 1987, over a thousand cases are reported per year among which 10 % are fatal. Legionella and other microorganisms are attached to the surface and associated together in an extracellular anionic polymer matrix called biofilm. Within this structure, Legionella is more protected from disinfection processes than those present in the aqueous phase. Therefore, our objectives were structured around three main parts: (1) to develop an analytical tool in order to evaluate the effectiveness of various anti-Legionella treatments in water and biofilm (2) to monitor the prokaryotic total flora evolution and Legionella in water and biofilm after heat shock (70 °C during 30 minutes) and chemical treatments (biocide combinated with biodispersant) and (3) to characterize Legionella diversity and its associated microbial flora dynamic (bacteria and eukarya) in biofilm after both treatments. A pilot scale 1 consisted of two hot water similar loops (control and test loops) was developed and contaminated by a natural biofilm of Legionella. Both treatments tested (heat and chemical) have had a transient effect. A return to the initial concentrations of culturable Legionella in water and in biofilm was observed one week after application of treatments. For the first time in such studies, the use of advanced molecular methods (sequencing, SSCP) has identified the diversity of Legionella (five of which four species are opportunistic pathogens) in biofilm sampled in hot water networks and the characterization of the microbial flora accompanying Legionella in this matrix (proteobacteria, amoebae, flagellates, fungi, Alveolata). This work brings together innovative elements in terms of tools to test the anti-Legionella, analytical methods and knowledge about the microbial consortium accompanying Legionella in the biofilm

Les biofilms bactériens, communautés multicellulaires adhérentes à une surface et enrobées d’une matrice extracellulaire, sont cruciaux pour le maintien de la plupart des écosystèmes de notre planète mais représentent également une menace pour la santé humaine. Leur éradication est un véritable défi pour la microbiologie moderne du fait de leur résistance élevée aux antibiotiques. Providencia stuartii est une bactérie Gram-négative connue pour sa forte capacité à former des biofilms dans le tractus urinaire humain, qui est responsable pour environ 10% des infections nosocomiales urinaires chroniques. Nous avons montré que cette souche bactérienne exploite un moyen de socialisation supplémentaire préalable à l’adhésion des cellules aux surfaces et la sécrétion d’une matrice extracellulaire, les communautés flottantes. Les deux porines de P. stuartii, Omp-Pst1 et Omp-Pst2, soutiennent la formation des communautés flottantes en s’auto-associant à travers leurs boucles extracellulaires pour former des dimères de trimères (DOTs) intercellulaires. La formation des DOTs, rivetant les cellules adjacentes entre elles, est médiée par des forces électrostatiques et des interactions de type steric zipper.Les deux grands objectifs de la thèse ont été i) de caractériser les impacts environnementaux sur l’établissement et la survie des deux types de communautés formés par P. stuartii, et ii) d’empêcher la socialisation bactérienne par inhibition des DOTs de porines. Nos résultats ont montrés que des peptides mimant les résidus impliqués dans les interactions de type stérique zipper des DOTs de porines, et couplés à de la coumarine, sont prometteurs pour diagnostiquer les infections à P. stuartii. De plus, nous avons mis en avant qu’une combinaison d’antibiotiques avec certains de ces peptides est une nouvelle approche thérapeutique envisageable pour lutter contre les infections de P. stuartii. Nos résultats montrent aussi que les futurs traitements devraient être évalués sur les communautés flottantes et les biofilms adhérents, dans des conditions imitant les voies urinaires, afin d’être efficaces et potentiellement éradiquer P. stuartii
Bacterial biofilms are multicellular communities adherent to surfaces and surrounded by an extracellular matrix. They are crucial for maintaining most of our planet’s ecosystems, but also a threat to human health. Biofilm eradication is one of the greatest challenges of modern microbiology due to their high resistance to antibiotics. In this PhD, we focused on Providencia stuartii, a Gram-negative pathogen that forms biofilms in the human urinary tract and is responsible for about 10% of hospital-acquired urinary tract infections. P. stuartii exploits an additional means of socialization, forming floating communities of cells (FCCs), that later sediment and adhere onto surfaces yielding surface-attached biofilms (SABs). The two porins of P. stuartii, Omp-Pst1 and Omp-Pst2, are involved in FCC formation by self-association into intercellular dimers of trimers (DOTs). The main driving force behind DOT formation is electrostatic attraction, yet the DOT structure is locked-in by steric zipper interactions between facing extracellular loops.The two main objectives of this PhD were (i) to characterize the environmental impacts on the establishment and survival of the two type of socialized communities formed by P. stuartii, and (ii) to inhibit bacterial socialization by targeting porin DOTs. Our results reveal that peptides featuring residues involved in the steric zipper interaction of DOTs, and coupled with coumarin, are promising lead compound to diagnose P. stuartii infections. In addition, we tested combinations of antibiotics with some of these peptides and results suggest that is was a new therapeutic approach that can be envisaged to fight against P. stuartii infections. Future treatments should be evaluated on FCCs and SABs in conditions mimicking urinary tract, to be efficient and potentially eradicate P. stuartii

L’environnement opératoire dans les domaines alimentaire et médical permet aux bactéries de se fixer et de se développer sur les surfaces, ce qui entraîne la formation de biofilms bactériens pathogènes et résistants. Ces structures pathogènes sont responsables de plusieurs maladies d'origine alimentaire et d'infections nosocomiales. Par conséquent, pour lutter contre ce fléau de santé publique, une approche possible est l'utilisation des technologies plasma froid pour l’élaboration de revêtements sur différents matériaux. Ce travail présente les différents facteurs influençant l'adhésion bactérienne à un substrat. En outre, les stratégies d’élaboration de revêtements passifs visant à prévenir la formation de biofilms par des traitements de surface par plasma froid sont décrites ainsi que les propriétés antiadhésives des surfaces élaborées. Les aspects généraux du revêtement, y compris les modifications physicochimiques de la surface et l'utilisation des technologies par plasma froid, sont également présentés. Dans ce contexte, une étude a été menée dans le but d'inhiber l'adhésion de la bactérie pathogène Salmonella enterica à la surface de l'acier inoxydable, via son traitement par plasma froid. Dans le but de limiter la formation du biofilm de Salmonella enterica, des revêtements organosiliciés à partir du monomère 1,1,3,3-tétraméthyldisiloxane, mélangé ou non à l’oxygène, ont été élaborés par polymérisation par plasma post-décharge micro-ondes d'azote. L'effet des paramètres du plasma froid sur les propriétés du revêtement, sur la topographie de la surface et sur l'adhésion des cellules Salmonella enterica a été étudié. Les résultats ont révélé que la topographie de la surface influençait de façon significative le taux d'adhésion des bactéries. En effet, les surfaces rugueuses n'ont pas inhibé l’adhésion de Salmonella enterica puisque le nombre de cellules adhérant à ces surfaces variait de 30 ± 4 à 65 ± 4 bactéries par champ microscopique. En revanche, un comportement anti-adhésif vis-à-vis de Salmonella enterica a été mis en évidence pour les surfaces plus lisses. En effet, le nombre de cellules attachées était proche de zéro sur ces revêtements. Une approche complémentaire à cette stratégie passive d'élaboration de surfaces anti-adhésives est le développement de surfaces actives. Les technologies émergentes de revêtements antimicrobiens actifs et efficaces permettent de relever le défi de l'élimination des biofilms pathogènes formés sur les matériaux utilisés dans les milieux hospitaliers et agroalimentaires. L'acier inoxydable est un matériau couramment utilisé dans ces domaines, mais il possède malheureusement des propriétés bio-fonctionnelles insuffisantes, ce qui le rend susceptible à l'adhésion bactérienne et au développement de biofilms. Dans ce contexte, cette thèse présente une revue des revêtements développés en employant des biocides et des peptides antimicrobiens (AMPs) greffés sur l'acier inoxydable. De plus, une nouvelle approche active basée sur l'acier inoxydable revêtu de nisine, un AMP commun accepté comme une alternative sûre pour prévenir le développement de biofilms pathogènes, est développée. Dans cette etude, des surfaces en acier inoxydable ont été fonctionnalisées par la nisine qui a été greffée à la surface soit via son groupe carboxylique ou via son groupe amino. En effet, les surfaces revêtues de nisine greffée via son groupe aminé ont montré une puissante activité antibactérienne tandis que la surface greffée avec la nisine liée par son groupe carboxyle n'a montré aucun effet antimicrobien. Les analyses des propriétés de surface ont permis de mieux comprendre les effets antibactériens, les caractéristiques chimiques et topographiques des surfaces traitées ainsi que la configuration et la quantification de la nisine
The operating environment in the food and medical fields allows bacteria to attach and grow on surfaces, resulting in the formation of pathogenic and resistant bacterial biofilms. These pathogenic structures are responsible for several foodborne illnesses and hospital-acquired infections. Therefore, to fight this public health scourge, one possible approach is the use of cold plasma technologies for the development of coatings on different materials. This work presents the different factors influencing bacterial adhesion to a substrate. In addition, strategies for the development of passive coatings to prevent biofilm formation by cold plasma surface treatments are described as well as the anti-adhesive properties of the developed surfaces. General aspects of coating, including physicochemical surface modifications and the use of cold plasma technologies, are also presented. In this context, a study was conducted to inhibit the adhesion of the pathogenic bacterium Salmonella enterica to the surface of stainless steel via cold plasma treatment. In order to limit the formation of Salmonella enterica biofilm, organosilicon coatings based on the monomer 1,1,3,3-tetramethyldisiloxane, mixed or not with oxygen, were elaborated by plasma polymerization with post-microwave nitrogen discharge. The effect of cold plasma parameters on coating properties, surface topography, and Salmonella enterica cell adhesion was studied. The results revealed that the surface topography significantly influenced the adhesion rate of bacteria. Indeed, rough surfaces did not inhibit Salmonella enterica adhesion as the number of cells adhering to these surfaces varied from 30 ± 4 to 65 ± 4 bacteria per microscopic field. On the other hand, an anti-adhesive behaviour towards Salmonella enterica was demonstrated for the smoother surfaces. Indeed, the number of attached cells was close to zero on these coatings. A complementary approach to this passive strategy of anti-adhesive surfaces is the development of active surfaces. Emerging technologies for effective active antimicrobial coatings are addressing the challenge of eliminating pathogenic biofilms formed on materials used in hospital and food processing environments. Stainless steel is a commonly used material in these fields, but unfortunately it has insufficient bio-functional properties, making it susceptible to bacterial adhesion and biofilm development. In this context, this thesis presents a review of coatings developed by employing biocides and antimicrobial peptides (AMPs) grafted onto stainless steel. In addition, a new active approach based on stainless steel coated with nisin, a common AMP accepted as a safe alternative to prevent the development of pathogenic biofilms, is developed. In this study, stainless steel surfaces were functionalized by nisin which was grafted to the surface either via its carboxyl group or via its amino group. Indeed, the surfaces coated with nisin grafted via its amino group showed a potent antibacterial activity while the surface grafted with nisin linked via its carboxyl group showed no antimicrobial effect. Analyses of the surface properties provided insight into the antibacterial effects, chemical and topographical characteristics of the treated surfaces, and the configuration and quantification of nisin

Les zones côtières constituent des environnements très productifs chroniquement exposés à des contaminations pétrolières. Dans ces écosystèmes, les communautés bactériennes, qui jouent un rôle majeur dans les cycles biogéochimiques, forment le plus souvent des tapis microbiens en surface des sédiments au sein desquels les relations entre microorganismes sont favorisées. Afin de mettre en évidence les mécanismes adaptatifs de ces communautés complexes lors d’une contamination par des hydrocarbures, la réponse des communautés bactériennes des sédiments côtiers de l’Etangde-Berre soumises à une contamination pétrolière a été étudiée. Cette étude repose sur l’analyse in situ des communautés naturelles et sur des expérimentations en microcosmes. Dans un premier temps, la structure des communautés bactériennes naturelles a été caractérisée in situ dans les sédiments où les concentrations en hydrocarbures formaient un gradient. Cette étude a mis en évidence une importante adaptation des communautés à la présence de pétrole. Nous avons alors étudié la réponse précoce d’une communauté bactérienne de ces sédiments à une contamination pétrolière. Les analyses au niveau des gènes codant pour les ARNr 16S et leurs transcrits ont montré des modifications structurales de la communauté bactérienne dans les premières heures et les premiers jours suivant la contamination. L’étude de la diversité et de l’expression des gènes impliqués dans la dégradation des hydrocarbures, alcane monoxygénase et naphtalène dioxygénase, a ensuite été entreprise. L’expression rapide des gènes fonctionnels en réponse à la contamination a pu être associée à une biodégradation importante des hydrocarbures. Cette étude confirme l’intérêt d’étudier les mécanismes adaptatifs de la communauté en réponse à la contamination dans les heures suivant la contamination. Ainsi, l’identification de gènes réprimés et/ou exprimés en réponse à la contamination a été envisagée afin de caractériser, de manière plus générale, la réponse à la contamination
Coastal zones are highly productive environments chronically exposed to hydrocarbon contamination. Bacterial communities inhabiting these ecosystems play key role in biogeochemical processes and often form microbial mats in which microorganisminteractions are enhanced. In order to characterize the modifications occurring in the bacterial community during oil spill, the bacterial community response of Etang-de-Berre coastal sediment to oil contamination was studied based on in situ analysis of natural bacterial communities as well as on microcosm experiments. First the investigation of the in situ natural bacterial communities inhabiting sediments in a gradient of hydrocarbon concentrations revealed an important adaptation of the bacterial community to the oil contamination. We then explored the early response of the bacterial community to cope with the oil contamination. Analyses based on 16S rRNA genes and their transcripts revealed structural modifications occurring in the first hours and the first days following the contamination. The diversity and the expression of functional genes involved in hydrocarbon degradation such as alkane monooxygenase and naphthalene dioxygenase were investigated. These genes were immediately expressed in response to the oil addition while concomitantly high rates of hydrocarbon biodegradation were observed. Thus these results indicated important adaptative mechanisms during the first two days following the contamination. In order to further characterize this mechanism at the whole bacterial community level, we then performed the identification of genes repressed and/or overexpressed in response to oil addition

L'environnement opératoire dans les domaines alimentaire et médical permet aux bactéries de se fixer et de se développer sur les surfaces, ce qui entraîne la formation de biofilms bactériens pathogènes et résistants. Ces structures pathogènes sont responsables de nombreuses maladies d'origine alimentaire et d'infections associées aux soins. Par conséquent, pour lutter contre ce fléau de santé publique, plusieurs stratégies ont récemment été proposées, notamment l'élimination chimique et mécanique. Ce travail présente les différents facteurs qui influencent l'adhésion bactérienne et la formation de biofilms sur des surfaces abiotiques, ainsi que la résistance des biofilms aux désinfectants. La microencapsulation par la méthode de séchage par pulvérisation pour la formulation de composants actifs anti-biofilm en vue d'assurer leur stabilité et améliorer leurs activités biologiques est également présentée. Dans ce contexte, une étude a été menée en utilisant le carvacrol, un agent antimicrobien naturel, pour contrôler les biofilms de Pseudomonas aeruginosa et Enterococcus faecalis. En effet, ces deux bactéries sont responsables de nombreuses infections dans le monde en raison de leur persistance sur des surfaces abiotiques dans les hôpitaux et les industries agroalimentaires. Par ailleurs, afin de renforcer l'activité antimicrobienne du carvacrol et de réduire sa volatilité et sa faible solubilité dans l'eau, des émulsions ont été préparées avec du caséinate de sodium et des maltodextrines, puis séchées par atomisation pour obtenir des microcapsules de carvacrol sèches. Les résultats ont montré que le carvacrol exerce une forte activité antimicrobienne contre les deux biofilms bactériens. De plus, nos résultats ont révélé que la microencapsulation par séchage par pulvérisation a augmenté de manière significative l'activité antimicrobienne du carvacrol tout en réduisant les quantités utilisées. En effet, le carvacrol microencapsulé a été capable de réduire le biofilm en dessous de la limite de détection pour Pseudomonas aeruginosa et de 5.5 log CFU mL-1 pour Enterococcus faecalis après 15 min de traitement. L'efficacité de la technologie hurdle pour éliminer les biofilms en utilisant différentes stratégies est discutée dans ce travail. Une des approches de la technologie hurdle est l'utilisation d'enzymes qui peuvent dégrader la matrice et disperser les bactéries intégrées dans les biofilms pour une désinfection plus efficace lorsqu'elles sont combinées avec des agents biocides. En effet, deux enzymes protéolytiques, la pepsine et la trypsine, ciblant les protéines de la matrice, ont été étudiées pour leur potentiel de dégradation des biofilms de Pseudomonas aeruginosa et Enterococcus faecalis et leur effet synergique lorsqu'elles sont combinées au carvacrol. L'analyse directe par microscopie à épifluorescence a permis de visualiser l'activité dispersive des protéases et l'activité létale du carvacrol contre les deux biofilms bactériens. En outre, le traitement combiné avec la pepsine ou la trypsine et le carvacrol a entraîné une réduction plus significative des deux biofilms par rapport au traitement avec le carvacrol seul. De plus, cette réduction était plus importante après un traitement séquentiel avec les deux enzymes suivies du carvacrol. Cependant, l'activité enzymatique est fortement influencée par les facteurs environnementaux et n'est optimale que dans des conditions restreintes. Un autre inconvénient de l'utilisation des enzymes est l'auto-dégradation, qui entraîne leur instabilité. En effet, des microcapsules de protéase contenant de la pepsine ou de la trypsine complexées avec de la pectine et de la maltodextrine ont été préparées
The ambient operating environments in the food and medical sectors allow bacteria to adhere and develop on the substrates, resulting in the growth of resistant pathogenic bacterial biofilms. These pathogenic structures are responsible for several foodborne diseases and health-care associated infections. Consequently, to combat this public health burden, several strategies have recently been proposed which include chemical and mechanical removal. This work presents the different factors that influence bacterial adhesion and biofilm formation on abiotic surfaces, as well as biofilm resistance to disinfectants. The different strategies for biofilm prevention and eradication are described. Microencapsulation using spray-drying method for the formulation of anti-biofilm active components as a tool to ensure their stability and improves their biological activities are also presented. In this context, a study was conducted using carvacrol, a natural antimicrobial agent, to control biofilms of Pseudomonas aeruginosa and Enterococcus faecalis. Indeed, these two bacteria are responsible for several infections worldwide due to their persistence on abiotic surfaces in hospitals and food processing industries. Furthermore, in order to enhance the antimicrobial activity of carvacrol and reduce its volatility and low solubility in water, feed emulsions were prepared with sodium caseinate and maltodextrins and then spray dried to obtain dry carvacrol microcapsules. The results showed that carvacrol had a strong antimicrobial activity against both bacterial biofilms. Furthermore, our findings revealed that microencapsulation by spray drying significantly increased the antimicrobial activity of carvacrol while reducing the amounts used. Indeed, microencapsulated carvacrol was able to reduce biofilm below the detection limit for Pseudomonas aeruginosa and 5.5 log CFU mL-1 for Enterococcus faecalis after 15 min of treatment. However, the complete removal of biofilms from abiotic surfaces in medical and food sectors has proven difficult with the single use of disinfection strategy due to the high protection of the biofilm cells by the extracellular polymeric matrix. This matrix provides an initial protective barrier for the biofilm cells, and makes biofilms highly resistant to antimicrobial agents. The effectiveness of hurdle technology in removing biofilms using different strategies is discussed in this work. One of the hurdle technology approaches is the use of matrix-degrading enzymes that can disperse bacteria embedded in biofilms for more efficient disinfection when combined with biocide agents. Indeed, two proteolytic enzymes, pepsin and trypsin, targeting matrix proteins, have been studied for their potential to degrade biofilms of Pseudomonas aeruginosa and Enterococcus faecalis and their synergistic effect when combined with carvacrol. The direct analysis using epifluorescence microscopy allowed visualization of the dispersive activity of proteases and the lethal activity of carvacrol against the two bacterial biofilms. In addition, the combined pepsin or trypsin treatment with carvacrol showed more significant reduction of both biofilms compared to carvacrol treatment alone. Moreover, this reduction was more substantial after sequential treatment of both enzymes followed by carvacrol. However, the enzyme activity is highly influenced by environmental factors and is only optimal under restricted conditions. Another disadvantage of using enzymes is self-degradation, leading to instability. Indeed, protease microcapsules containing pepsin or trypsin complexed with pectin and maltodextrin have been prepared

Le biofilm est un mode de vie qui confère aux bactéries une protection contre les agents antimicrobiens et pose un problème de santé publique qui nécessite de trouver une alternative aux traitements actuels. La bactérie marine Pseudoalteromonas sp. 3J6 et ses exoproduits (SN3J6) montrent une activité antibiofilm contre des bactéries marines et terrestres. Une protéine, nommée altérocine, a été extraite du SN3J6. Bien que présente chez plusieurs autres souches de Pseudoalteromonas, son rôle est encore inconnu dans les bases de données. Ce projet a été consacré à l’étude de l’altérocine. Les caractéristiques de cette protéine ainsi que celles de son gène, alt, ont dans un premier temps été étudiées. Le gène alt n’est pas organisé en opéron et plusieurs promoteurs potentiels ont été identifiés. Il est exprimé préférentiellement durant la phase stationnaire. Il code une protéine de 139 résidus incluant un peptide signal prédit, qui permettrait la sécrétion de l’altérocine mature (119 résidus). Aucune homologie de séquence n’a été observée entre l’altérocine et les protéines de fonction connue des bases de données. Afin de détecter plus facilement l’altérocine dans le surnageant de culture, des anticorps anti-altérocine ont été obtenus. Nous avons dans un second temps confirmé l’activité antibiofilm de l’altérocine par une production hétérologue chez une autre souche de Pseudoalteromonas et en comparant les biofilms obtenus en présence des surnageants de culture de cette souche et de sa souche mère. Nous avons montré que l’altérocine est un nouveau type de protéine antibiofilm dont la structure et le mode d’action restent à déterminer pour l’utiliser comme agent antibiofilm
The biofilm lifestyle gives bacteria a protection against antibacterial agents and leads to public health problems that require an alternative to current treatments. The marine bacterium Pseudoalteromonas sp. 3J6 and its exoproducts (SN3J6) display an antibiofilm activity against various bacteria from marine or terrestrial origin. A protein from SN3J6, named alterocin, was partially purified. Although the protein is found in several other Pseudoalteromonas strains, its function remains unknown. In this work, we studied the alterocin. We investigated the protein and gene characteristics at first. The gene alt, coding alterocin, is not part of an operon and several potential promoters were identified. According to our results, its expression seems subject to regulation as it is mainly expressed in stationary phase. It encodes a 139-residue protein with a putative leader peptide, which would allow the secretion of mature alterocin as a 119-residue protein. No sequence homology has been found between alterocin and other proteins of known function in data bases. Anti-alterocin antibodies were produced for an easily detection method. In a second time, we confirmed the antibiofilm activity of alterocin by heterologous production in another Pseudoalteromonas strain and comparing biofilms obtained in the presence of culture supernatants of either this strain or the parental strain. In this work, we showed that the alterocin is a new type of antibiofilm protein whose structure and mechanism of action remain to be elucidated to use it as antibiofilm agent

La persistance des biofilms reste un problème mondial rencontré dans l'industrie agro-alimentaire. En raison de la résistance adaptative associée aux propriétés physiques de la matrice du biofilm, l'échec de l'éradication totale des biofilms à l'aide de désinfectants conventionnels souligne la nécessité de trouver des stratégies alternatives efficaces. La méthodologie développée dans ce travail est axée sur l'utilisation de terpènes d'huiles essentielles biosourcées, à savoir le carvacrol (CAR) et le thymol (THY), qui représentent de puissants antimicrobiens face aux biofilms. La nanoencapsulation des terpènes est une approche innovante et proactive qui permet de stabiliser les terpènes et d'améliorer leurs fonctionnalités en les protégeant dans une structure d'enveloppe et en assurant une libération contrôlée rémanente. Les résultats de ce travail révèlent une plus grande activité du CAR et du THY nanoencapsulés contre les biofilms de Salmonella Enteritidis et Listeria innocua formés sur des surfaces en acier inoxydable (AI) par rapport à l'activité des terpènes libres. Les propriétés antimicrobiennes puissantes des nanocapsules ont été mises en évidence en induisant des dommages majeurs et évidents aux structures des cellules bactériennes avec une augmentation ultérieure de la perméabilité membranaire, favorisant la fuite des constituants vitaux intracellulaires vers le milieu extérieur. Après avoir confirmé l'activité antibiofilm prometteuse des nanocapsules monocouches (MC) obtenues par séchage par atomisation en utilisant de la maltodextrine comme matériau de support et le caséinate de sodium comme émulsifiant, un autre type de nanocapsules couche-par-couche (CPC) a été développé en ajoutant de la pectine comme couche interfaciale supplémentaire. L'augmentation de l'épaisseur de la structure interfaciale des capsules CPC a été observée au microscope et confirmée par l'augmentation de leur taille. La cinétique de relargage des terpènes des capsules MC et CPC suit un modèle mathématique de Korsmeyer-Peppas dominé par un mécanisme de diffusion Fickien. La libération du THY et du CAR à partir des capsules a montré un profil biphasique commençant par une libération initiale rapide des terpènes, suivie d'une deuxième phase de libération régulière pour les capsules MC, et d'une libération progressive et soutenue dans le temps pour les capsules CPC. Les activités antibiofilms des THY et CAR encapsulés sont cohérentes avec les courbes de libération, mettant en évidence une désinfection durable des surfaces en contact avec les aliments. Une exposition successive aux capsules MC et CPC a assuré une éradication de 99,99 % des biofilms avec une protection des surfaces d'AI contre la recontamination pendant plusieurs heures. L'inhibition a été induite par les nanocapsules MC qui ont assuré une désinfection initiale des surfaces avec une réduction des biofilms dans les premières minutes d'exposition, combinées aux capsules CPC qui ont continué à libérer des terpènes de manière contrôlée pendant plusieurs heures favorisant une désinfection prolongée des surfaces en contact avec les aliments et une protection contre la recontamination bactérienne. L'importante activité de désinfection rémanente obtenue par un traitement successif par des nanocapsules MC et CPC a également été validée sur des biofilms formés dans différentes conditions hydrodynamiques dans un système de canalisation de laboratoire reproduisant certaines des conditions d'écoulement réelles rencontrées dans les industries agro-alimentaires
The persistence of biofilms remains a worldwide problematic encountered in the agro-food industry. As a result of the adaptive resistance coupled with the physical properties of biofilm matrix, the failure to eradicate totally biofilms using conventional disinfectants urges the need to find alternative effective strategies. The current methodology developed in this work is focused on the use of biosourced essential oil terpenes, namely carvacrol (CAR) and thymol (THY) that represent powerful antimicrobial tools facing biofilms. Nanoencapsulation of terpenes is an innovative and proactive approach that stabilizes terpenes and enhances their functionalities by protecting them within a carrier shell structure and by ensuring a sustained controlled release. The results of this work reveal a greater activity of nanoencapsulated CAR and THY against Salmonella Enteritidis and Listeria innocua biofilms developed on stainless steel (SS) surfaces as compared to the activity of free terpenes. The potent antimicrobial prospects of nanocapsules were highlighted by inducing major obvious structural damages to bacterial cells with subsequent increase in permeability, promoting the leakage of intracellular vital constituents to the outer medium. After confirming the promising antibiofilm activity of monolayer (ML) nanocapsules developed by spray-drying using maltodextrin as carrier material and sodium caseinate as emulsifier, another layer-by-layer (LBL) nanocapsule was developed by adding pectin as an additional interfacial layer. The increased shell structure thickness of the LBL capsules was observed microscopically and confirmed by the increase in size. The release kinetics of terpenes from the ML and LBL capsules fitted into a Korsmeyer-Peppas mathematical model dominated by a Fickian-diffusion mechanism. The diffusion of THY and CAR out of the ML and LBL capsules was ascribed to a biphasic release profile starting with an initial rapid burst release of terpenes, followed by a second phase of steady release from the ML capsules compared to a gradual sustained release over time from the LBL capsules. The antibiofilm activities of encapsulated THY and CAR were consistent with the release curves, highlighting a promising sustained disinfection of food contact surfaces. A successive exposure to ML and LBL capsules ensured a 99.99 % eradication of biofilms with a protection of SS surfaces from recontamination for several hours. The inhibition was induced by the ML nanocapsules that ensured an initial disinfection of surfaces with a reduction of bacterial biofilms within the first exposure minutes, combined with the LBL capsules that kept releasing terpenes in a controlled manner over several hours favoring a sustained prolonged disinfection of food contact surfaces and a protection from bacterial recontamination. The prominent persistent disinfection activity using a successive treatment of ML and LBL nanocapsules was also validated on biofilms developed under different hydrodynamic conditions in a lab-scale pipeline system set-up to mimic some of the real flow conditions encountered in agro-food industries