Qu’est-ce que les biofilms

Les biofilms sont omniprésents et représentent le mode de croissance bactérien le plus répandu. Ils se forment sur des surfaces vivantes et non vivantes et peuvent être trouvés dans des milieux naturels, industriels et de soins de santé.

Les biofilms se forment lorsque des bactéries et/ou des champignons adhèrent aux surfaces et excrétent une substance semblable à une colle qui agit comme un ancrage et offre une protection contre l’environnement. La formation de biofilms peut rendre les bactéries jusqu’à 1000 fois plus résistantes aux antibiotiques, aux agents antimicrobiens, aux désinfectants et au système immunitaire de l’hôte, et sont reconnues comme l’un des principaux contributeurs à la « crise de résistance aux antibiotiques ^»xvi.

Les biofilms peuvent se former sur des surfaces vivantes et non vivantes, y compris les dents (plaque et tartre), la peau (plaies et maladies comme la dermatite séborrhéique), les dispositifs médicaux (cathéters et endoscopes), les éviers de cuisine et comptoirs, les équipements alimentaires et de transformation alimentaire, les surfaces hospitalières, les tuyaux et filtres dans les usines de traitement de l’eau ainsi que dans les installations de contrôle des procédés pétroliers, gaziers et pétrochimiques.

Les infections liées au biofilm sont difficiles à traiter et se manifestent souvent de façon chronique ou récurrente. Selon une estimation du National Institute of Health (NIH, États-Unis), environ 80% de toutes les infections bactériennes humaines sont causées par des biofilms^xvii. Ces structures sont impliquées dans divers enjeux de santé tels que la maladie parodontale, la guérison des plaies chroniques, les infections associées aux dispositifs médicaux, les affections cutanées inflammatoires, les infections hospitalières (HAI) et la sécurité alimentaire.

Ce n’est qu’à partir des années 1990 que l’organisation élaborée des bactéries attachées a été identifiée comme un^{biofilm xviii}. La recherche sur les biofilms n’a progressé que rapidement au cours de la dernière décennie, menant à une meilleure compréhension du rôle que jouent les biofilms dans les infections et la résistance aux antimicrobiens. De nouvelles compréhensions sur la façon dont les biofilms se développent et se propagent suggéreront des idées pour les prévenir et les éliminer.

Ces efforts ont conduit à la définition actuelle des biofilms microbiens comme « une communauté structurée de cellules microbiennes enfermées dans une matrice polymérique autoproduite et adhérentes à une surface inerte ou vivante. »

Les biofilms peuvent être composés d’une ou de plusieurs espèces microbiennes. Bien que les biofilms à espèces mixtes prédominent dans la plupart des environnements, les biofilms à espèce unique existent dans une variété d’infections et à la surface des implants médicaux.

Les biofilms présentent un mode de croissance qui permet de survivre dans un environnement hostile. Les structures formées par les biofilms contiennent des canaux par lesquels les nutriments peuvent circuler, et les cellules dans différentes régions des biofilms présentent des schémas d’expression génique différents. Ces communautés de biofilms peuvent se multiplier et se disperser rapidement. Dans cette optique, il n’est pas surprenant qu’un nombre considérable d’infections bactériennes chroniques impliquent des biofilms.

De nouvelles compréhensions sur la façon dont les biofilms se développent et se propagent suggèrent des idées pour les prévenir et les éliminer. Les antibiotiques standards échouent souvent parce qu’ils ne pénètrent pas complètement dans les biofilms ou ne tuent pas les bactéries de toutes espèces ou états métaboliques lorsqu’ils sont protégés dans un biofilm.

Développement des biofilms

Étape 1. Attachement initial :

Les bactéries colonisatrices s’ancrent à une surface grâce à des techniques d’adhésion de base. C’est à ce moment-là que le biofilm est le plus faible, donc de nombreux fabricants de dispositifs médicaux, comme les cathéters, conçoivent leur équipement de façon à tenter de perturber l’adhésion initiale.

Étape 2. Attachement irréversible :

Après que les cellules se soient agrégées, elles forment des micro-colonies et excrètent de l’EPS ou du « slime » pour former un attachement irréversible capable de résister aux forces de cisaillement et de maintenir une prise ferme sur la surface.

Étape 3. Maturation I :

Le biofilm est entièrement formé. À mesure qu’il mûrit, le biofilm devient un amas à plusieurs couches.

Étape 4. Maturation II :

Le biofilm continue de croître et de devenir tridimensionnel. À mesure que le biofilm mûrit, il est capable d’offrir une protection contre le système immunitaire de l’hôte, des antimicrobiens, des désinfectants et des antibiotiques.

Étape 5. Dispersion :

Le biofilm atteint sa masse critique et libère des bactéries planctoniques pour continuer à coloniser d’autres surfaces.

La technologie coactive+ ^® brevetée de Kane Biotech est spécifiquement formulée pour déstabiliser le biofilm et créer un environnement propice à une cicatrisation rapide des plaies. Cette formulation multifonctionnelle et douce en fait un traitement compagnon parfait pour le DispersinB^® Hydrogel, également intégré au portefeuille de soins antibiofilms Kane Biotech.

Coactiv+ ^® est une formule déstabilisatrice des biofilms à activité continue. Les ingrédients clés sont reconnus comme sécuritaires par la FDA et ont été délibérément sélectionnés pour offrir un soutien tout au long de la cascade de cicatrisation.

EDTA : l’acide éthylénédiaminetétraacétique (EDTA) est un agent chélant (liant) qui séquestre les ions métalliques présents dans la plaie et nécessaires à la croissance bactérienne, à la fonction et, ultimement, à l’organisation du biofilm. Ainsi, une fois que les ions métalliques sont liés à l’EDTA, la croissance bactérienne est inhibée et le biofilm est déstabilisé.

Citrate de sodique/acide citrique : Un pH élevé de la plaie est caractéristique des plaies chroniques difficiles à guérir, souvent enflammées et infectées. Le citrate de sodium/acide citrique agit comme un agent tampon qui aide à réduire un pH élevé et/ou à maintenir un pH plus bas, ce qui favorise la cicatrisation des plaies. Comme pour l’EDTA, le citrate de sodium est aussi un chélateur d’ions métalliques, aidant ainsi à l’inhibition de la croissance microbienne et à la déstabilisation des biofilms.

La combinaison du séquestrage des ions métalliques et de l’activité de réduction du pH du coactif+ crée un environnement propice à une déstabilisation efficace des biofilms. De plus, il a été démontré que cette activité réduit la fonction protéolytique suractive dans les plaies. Des niveaux élevés de protéases sont associés à des plaies chroniques et sont connues pour causer des dommages tissulaires, de l’inflammation et un retard de guérison.

La dispersinB^® est une enzyme naturellement présente qui fend le polysaccharide poly-b-1, 6-N-acétylglucosamine (PNAG) à la surface bactérienne. Ce polysaccharide est produit par une grande variété de bactéries et de champignons et constitue un élément clé dans la formation des biofilms. La dispersinB^® fende la PNAG, inhibant l’adhésion bactérienne et dispersant le biofilm. C’est particulièrement utile pour traiter les plaies et les infections otiques, qui peuvent devenir chroniques en raison de la persistance des biofilms bactériens. Une fois le biofilm dispersé, les bactéries peuvent être éradiquées et l’infection peut être guérie.

Kane Biotech Inc. détient un accord de licence mondial exclusif avec l’Université de médecine et de dentisterie du New Jersey, NJ, États-Unis (maintenant intégrée à l’Université Rutgers) pour commercialiser la technologie DispersinB^® à des fins humaines, animales, agricoles et industrielles. Le brevet américain sur cette technologie a déjà été délivré (brevet américain n° 7 294 497) et Kane Biotech détient 7 autres brevets dans ce domaine. Des tests complets de biocompatibilité, toxicité et stabilité ont été réalisés sur cette enzyme. Kane Biotech développe plusieurs produits DispersinB^® , incluant des formulations contenant des antibiotiques et l’enzyme antibiofilm β-N-acétylglucosaminidase. Kane Biotech a développé une technologie antibiofilm en combinaison avec la gentamycine et a formulé un spray en gel enzyme-gentamycine contenant un agent gélifiant thermoréversible qui transforme le vaporisateur liquide en gel lorsqu’il est appliqué à température corporelle.

Enzymes
Des catalyseurs biologiques qui augmentent la vitesse ou la vitesse d’une réaction chimique sans qu’ils soient eux-mêmes modifiés dans le processus global.

Métabolisme
L’ensemble des processus biochimiques qui se produisent en nous et chez tous les organismes vivants. Le métabolisme consiste en l’anabolisme (l’accumulation de substances) et le catabolisme (la décomposition des substances). Le terme est couramment utilisé pour désigner la décomposition des aliments et sa transformation en énergie.

Microcolonie
Une colonie de quelques cellules microscopiques. Par exemple, une minuscule colonie de bactéries qui se développe dans des conditions sous-optimales.

Inerte
Déficient en propriétés actives; Surtout : manquant d’une action chimique ou biologique habituelle ou anticipée.

Biomolécule
Une biomolécule est toute molécule organique produite par un organisme vivant, incluant de grandes molécules polymériques telles que les protéines, les polysaccharides et les acides nucléiques, ainsi que de petites molécules telles que les métabolites primaires, les métabolites secondaires et les produits naturels.

Génétique
Une branche de la biologie qui traite de la structure moléculaire et de la fonction des gènes, du comportement des gènes dans le contexte d’une cellule ou d’un organisme, des schémas d’héritage du parent à la descendance, ainsi que de la distribution, de la variation et du changement des populations des gènes.

Biologie moléculaire
Une branche de la biologie qui traite de la base moléculaire de l’activité biologique. Ce domaine chevauche d’autres domaines de la biologie et de la chimie, en particulier la génétique et la biochimie. La biologie moléculaire s’intéresse principalement à la compréhension et aux interactions entre les différents systèmes d’une cellule, y compris les interactions entre les différents types d’ADN, d’ARN et de biosynthèse des protéines, ainsi que sur l’apprentissage de la régulation de ces interactions.

ⁱ Singh S, Singh SK, Chowdhury I, Singh R. Comprendre le mécanisme de la résistance des biofilms bactériens aux agents antimicrobiens. La revue ouverte de microbiologie. 2017;11:53-62. doi :10.2174/1874285801711010053.

ⁱⁱ Marshall MD, Wallis CV, Milella L, Colyer A, Tweedie AD, Harris S. Une évaluation longitudinale de la maladie parodontale chez 52 schnauzers miniatures. Recherche vétérinaire BMC. 2014;10:166. doi :10.1186/1746-6148-10-166.

ⁱⁱⁱ www.vetallergy.com/2/wp-content/uploads/2014/12/clinical.pdf

^iv www.thepoultrysite.com/articles/3201/poultry-water-line-sanitation/

^v Effets de production liés à la mammite et à l’économie de la mastite dans les troupeaux de bovins laitiers. Henri Seegers, Christine Fourichon et François Beaudeau, Vet. Res., 34 5 (2003) 475-491 DOI : https://doi.org/10.1051/vetres:2003027

^vi Lee S-I, Kim J, Han Y, Ahn K. Une proposition : Guide sur l’Organisateur de la dermatite atopique (ADO) pour enfants. Allergie Asie-Pacifique. 2011; 1(2):53-63. doi :10.5415/apallergy.2011.1.2.53.

^vii Del Rosso JQ. Dermatite séborrhéique chez l’adulte : rapport d’état sur la gestion pratique des traitements topiques. Le Journal of Clinical and Aesthetic Dermatology. 2011; 4(5):32-38.

^viii Crawford F. Pied d’athlète. Preuves cliniques BMJ. 2009;2009:1712.

^ix Attinger C, Wolcott R. S’attaquer cliniquement au biofilm dans les plaies chroniques. Avancées en soins des plaies. 2012; 1(3):127-132. doi : 10.1089/wound.2011.0333.

^x Sen CK, Gordillo GM, Roy S, et al. Blessures cutanées humaines : une menace majeure et croissante pour la santé publique et l’économie. Réparation et régénération des plaies : publication officielle de la Wound Healing Society [et] de la European Tissue Repair Society. 2009; 17(6):763-771. doi :10.1111/j.1524-475X.2009.00543.x.

^xi Peleg AY, Hooper DC. Infections acquises à l’hôpital dues à des bactéries à Gram négatif. La revue de médecine de la Nouvelle-Angleterre. 2010; 362(19):1804-1813. doi :10.1056/NEJMra0904124.

^xii Bryers JD. Biofilms médicaux. Biotechnologie et bioingénierie. 2008; 100(1):1-18. doi :10.1002/bit.21838.

^xiii Finch, J.E., Prince J., et Hawksworth, M (1978) Une étude bactériologique de l’environnement domestique. Journal of Applied Bacteriology 45, 357-364.

^xiv Scott, E., Bloomfield, S.F., et Barlow, C.G. (1984) Évaluation des désinfectants dans l’environnement domestique sous conditions d'« utilisation ». Journal of Hygiene, Cambridge 92, 193-203.

^xv Josephson, K., Rubino, J. et Pepper, I. (1997), Caractérisation et quantification des agents pathogènes bactériens et des organismes indicateurs dans les cuisines domestiques avec et sans l’utilisation d’un nettoyant désinfectant. Journal of Applied Microbiology, 83 : 737-750. doi :10.1046/j.1365-2672.1997.00308.x

^xviSingh S, Singh SK, Chowdhury I, Singh R. Compréhension du mécanisme de la résistance des biofilms bactériens aux agents antimicrobiens. La revue ouverte de microbiologie. 2017;11:53-62. doi :10.2174/1874285801711010053.

^xvii RECHERCHE NIH SUR LES BIOFILMS MICROBIENS. Disponible en ligne : http://grants.nih.gov/grants/guide/pa-files/PA-03–047.html.

^xviii Donlan RM. Biofilms : Vie microbienne sur les surfaces. Maladies infectieuses émergentes. 2002; 8(9):881-890. doi :10.3201/eid0809.020063.

^xix Wenzel R.P. (2007) Infections associées aux soins de santé : enjeux majeurs au début du 21e siècle. Maladies infectieuses cliniques 45 (Suppl 1), S85–S88.

^xx Stone PW. Le fardeau économique des infections associées aux soins de santé : une perspective américaine. Revue d’experts en pharmacoéconomie et recherche sur les résultats. 2009; 9(5):417-422. doi :10.1586/erp.09.53.

^xxi Klevens RM, Morrison MA, Nadle J, et al. Infections invasives à Staphylococcus aureus résistantes à la méthicilline aux États-Unis. JAMA. 2007; 298:1763–71.

^xxii Tilton, D. (2003). Infections nosocomiales : maladies provenant de nos portes. Consulté le 15 mai 2005 depuis http://www.nursingceu.com/NCEU/courses/nosocomial/.

^xxiii Bryers JD. Biofilms médicaux. Biotechnologie et bioingénierie. 2008; 100(1):1-18. doi :10.1002/bit.21838.

^xxiv Danseur SJ. (2008) Importance de l’environnement dans l’acquisition de Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline : l’argument en faveur du nettoyage hospitalier. Lancet Infect Dis; 8:101e113.

^xxv Boyce JM. (2007) La contamination environnementale contribue de façon importante à l’infection hospitalière. J Hosp Infect; 65(Suppl. 2) : 50e54.

^xxvi Carling PC, Bartley JM. (2010) Évaluer le nettoyage hygiénique dans les milieux de soins de santé : ce que vous ignorez peut nuire à vos patients. Am J Contrôle des Infections; 38(5 Suppl. 1). S41e50.

^xxvii Dancer SJ, White LF, Lamb J, Girvan EK, Robertson C. (2009) Mesurer l’effet d’un nettoyage amélioré dans un hôpital britannique : une étude prospective cross-over. BMC Medicine; 7:28.

^xxviii Hota B, Blom DW, Lyle EA, Weinstein RA, Hayden MK. (2009) Évaluation interventionnelle de la contamination environnementale par des entérocoques résistants à la vancomycine : défaillance du personnel, du produit ou de la procédure? J Hosp Infect; 71:123e131.

^xxix Marsh PD. La plaque dentaire comme biofilm et communauté microbienne – implications pour la santé et la maladie. Santé bucco-dentaire BMC. 2006; 6(Suppl 1) : S14. doi :10.1186/1472-6831-6-S1-S14.

^xxx Weidlich, Patrícia, Cimões, Renata, Pannuti, Claudio Mendes, & Oppermann, Rui Vicente. (2008). Association entre les maladies parodontales et les maladies systémiques. Recherche orale brésilienne, 22(Suppl. 1), 32-43.

^xxxi Nazir MA. Prévalence de la maladie parodontale, son association avec les maladies systémiques et la prévention. International Journal of Health Sciences. 2017; 11(2):72-80.

^xxxii Sen CK, Gordillo GM, Roy S, Kirsner R, Lambert L, Hunt TK, et al. Blessures cutanées humaines : une menace majeure et croissante pour la santé publique et l’économie. Régénération de la réparation des blessures. 2009

^xxxiii Attinger C, Wolcott R. Abordant cliniquement le biofilm dans les plaies chroniques. Avancées en soins des plaies. 2012; 1(3):127-132. doi : 10.1089/wound.2011.0333.

^xxxiv Borda LJ, Wikramanayake TC. Dermatite séborrhéique et pellicules : une revue complète. J Clin Investig Dermatol. 2015; 3 doi : 10.13188/2373-1044.1000019.

^XXXVOkokon EO, Verbeek JH, Ruotsalainen JH, Ojo OA, Bakhoya VN. Antifongiques topiques pour la dermatite séborrrhée. Syst de la base de données Cochrane Rev. 2015; 17h CD008138.

^xxxvi Gupta AK, Batra R, Bluhm R, et al. Maladies de la peau associées aux espèces de Malassezia. J Am Acad Dermatol. 2004; 51:785–798

^xxxvii Ghannoum MA, Rice, LB; Agents antifongiques : mode d’action, mécanismes de résistance, et corrélation de ces mécanismes avec la résistance bactérienne. Clin Microbiol Rev. 1999 oct.; 12(4):501-17.

^xxxviii Figueredo, L. A., Cafarchia, C., & Otranto, D. (2013). Susceptibilité antifongique du biofilm Malassezia pachydermatis. Mycologie médicale, 51(8), 863-867.

^xxxix Krakowski AC, Eichenfield LF, Dohil MA. Prise en main de la dermatite atopique chez la population pédiatrique. En pédiatrie. octobre 2008; 122(4):812-24.

^xl Akiyama H, Yamasaki O, Tada J, et al. Caractéristiques d’adhérence et susceptibilité aux agents antimicrobiens des souches de Staphylococcus aureus isolées des infections cutanées et de la dermatite atopique. J Dermatol Sci. 2000 août; 23(3):155-60.

^xli Ikezawa Z, Komori J, Ikezawa Y, et al. Un rôle du Staphylococcus aureus, de l’interleukine-18, du facteur de croissance nerveuse et de la sémaphorine 3A, une molécule axonale guide, dans la pathogenèse et le traitement de la dermatite atopique. Allergy Asthma Immunol Res. 2010 oct.; 2(4):235-46.

^xlii Katsuyama M, Ichikawa H, Ogawa S, et al. Une méthode novatrice pour contrôler l’équilibre de la microflore cutanée. Partie 1. Attaque du biofilm de Staphylococcus aureus sans antibiotiques. J Dermatol Sci. juin 2005; 38(3):197-205.

^xliii Auger, P., Marquis, G., Joly, J., et Attye, A. 1993. Épidémiologie de la tinea pédiatrique chez les marathoniens : prévalence du pied d’athlète occulte. Mycoses. 36(1-2): 35-41.

^xliv Costa-Orlandi, C. B. et al. Caractérisation in vitro des biofilms de Trichophyton rubrum et T. mentagrophytes. Bioencrassage. Abingdon : Taylor & Francis Ltd, vol. 30, n. 6, p. 719-727, 2014.

^XLV www.cdc.gov/foodborneburden/2011-foodborne-estimates.html

^xlvi Chmielewski, R.A.N, et Frank, J.F. (2003) Formation et contrôle de biofilms dans les installations de transformation alimentaire. Revues complètes dans Food Science and Food Safety 2, 22-32.

^xlvii Keskinen, L.A., Todd, E.C.D., et Ryser, E. (2008) Transfert de Listeria monocytogenes séchée en surface des lames de couteaux en acier inoxydable vers le blanc de dinde rôti. Journal of Food Protection 71, 176-181.

^xlviii Lee Wong, A.C. (1998). Biofilms dans des environnements de transformation alimentaire. Journal of Dairy Science 81, 2765-2770.

^xlix Pui, C.F., Wong, W.C., Chai, L.C., Lee, H.Y., Tang, J.Y.H., Noorlis, A., Farinazleen, M.G., Cheah, Y.K., et Fils. R. (2011) Formation du biofilm par Salmonella Typhi et Salmonella Typhimurium sur une planche à découper en plastique et son transfert au fruit du dragon. International Food Research Journal 18, 31-38.

^L Reuter, M., Mallett, A., Pearson, B.M., et van Vliet, A.H.M. (2010) La formation de biofilms par Campylobacter jejuni est augmentée en conditions aérobies. Microbiologie appliquée et environnementale 76, 2122-2128.

^li Finch, J.E., Prince J., et Hawksworth, M (1978) Une étude bactériologique de l’environnement domestique. Journal of Applied Bacteriology 45, 357-364.

^lii Scott, E., Bloomfield, S.F., et Barlow, C.G. (1984) Évaluation des désinfectants dans l’environnement domestique sous des conditions « d’utilisation ». Journal of Hygiene, Cambridge 92, 193-203.

^liii Furuhata, K., Ishizaki, N., et Fukuyama, M. (2010) Caractérisation de bactéries hétérotrophes isolées à partir du biofilm d’un évier de cuisine. Biocontrôle Science 15, 21-25.

^liv Neth, K., Girard, D., et Albrecht, J. (2008) Détermination du biofilm sur des planches à découper en plastique. RURALS : Revue de la recherche de premier cycle en sciences agricoles et de la vie, Université du Nebraska-Lincoln, 3, Article 5.

1. James GA, Swogger E, Wolcott R et al. Biofilms dans les plaies chroniques. Régénération de réparation de blessures 2008; 16(1): 37–44.

2. Percival S, McCarty S et Lipsky B. Biofilms et blessures : un aperçu des preuves Advances in Wound Care 2015; 4(7):373–381.

3. Cooper R, Bjarnsholt T et Alhede M. Biofilms dans les blessures : un aperçu des connaissances actuelles. Journal of Wound Care 2014 23(11) : 570–582.

4. Thomson CH. Biofilms : influencent-ils la cicatrisation des plaies? Int W J 2011; 8(1) févr. : 63–7. doi : 10.1111/j.1742-481X.2010.00749.x. Publication en ligne 2010 déc.

5. Phillips PL, Wolcott RD, Fletcher J, Schultz GS. Biofilms rendus faciles. Wounds International 2010; 1(3) : Disponible depuis http:// www.woundsinternational.com/