Que sont les biofilms ?

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

Les biofilms se forment lorsque des bactéries et/ou des champignons adhèrent à des surfaces et excrètent une substance semblable à de la colle qui sert d'ancrage et assure 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 est reconnue comme l'une des principales causes de la "crise de la résistance aux antibiotiques "^xvi.

Les biofilms peuvent se former sur des surfaces vivantes et non vivantes, notamment les dents (plaque dentaire et tartre), la peau (plaies et maladies telles que la dermatite séborrhéique), les dispositifs médicaux (cathéters et endoscopes), les éviers et comptoirs de cuisine, les équipements alimentaires et de transformation des aliments, les surfaces hospitalières, les tuyaux et les filtres dans les usines de traitement des eaux et les installations de contrôle des processus pétroliers, gaziers et pétrochimiques.

Les infections liées aux biofilms sont difficiles à traiter et se manifestent généralement de manière 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 biofilmsxvii. Ces structures sont impliquées dans une série de problèmes de santé tels que les maladies parodontales, la cicatrisation des plaies chroniques, les infections liées aux dispositifs médicaux, les affections cutanées inflammatoires, les infections nosocomiales et la sécurité alimentaire.

Ce n'est que dans les années 1990 que l'organisation élaborée de bactéries attachées a été identifiée comme un biofilmxviii. La recherche sur les biofilms n'a progressé rapidement qu'au cours de la dernière décennie, ce qui a permis de mieux comprendre le rôle que jouent les biofilms dans l'infection et la résistance aux antimicrobiens. Une nouvelle compréhension de la manière dont les biofilms se développent et se propagent permettra de proposer 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 polymère autoproduite et adhérant à une surface inerte ou vivante. "

Les biofilms peuvent être constitués d'une ou plusieurs espèces microbiennes. Bien que les biofilms d'espèces mixtes prédominent dans la plupart des environnements, les biofilms d'une seule espèce existent dans une variété d'infections et sur la surface des implants médicaux.

Les biofilms présentent un mode de croissance qui permet la survie dans un environnement hostile. Les structures que forment les biofilms contiennent des canaux dans lesquels les nutriments peuvent circuler, et les cellules de différentes régions des biofilms présentent différents modèles d'expression génétique. 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.

Les nouvelles connaissances sur le développement et la propagation des biofilms suggèrent des idées pour les prévenir et les éliminer. Les antibiotiques standard échouent souvent parce qu'ils ne pénètrent pas complètement dans les biofilms ou ne tuent pas les bactéries de toutes les espèces ou de tous les états métaboliques lorsqu'elles sont protégées dans un biofilm.

Développement des biofilms

Étape 1. Attachement initial :

Les bactéries colonisatrices s'ancrent à une surface par des techniques d'adhésion de base. C'est à ce moment-là que le biofilm est le plus faible, c'est pourquoi de nombreux fabricants de dispositifs médicaux, tels que les cathéters, conçoivent leurs équipements de manière à tenter de rompre l'adhésion initiale.

Stade 2. Attachement irréversible :

Après s'être agrégées, les cellules forment des micro-colonies et excrètent de l'EPS ou "slime" pour former un attachement irréversible capable de résister aux forces de cisaillement et de maintenir une prise solide sur la surface.

Étape 3. Maturation I :

Le biofilm est entièrement formé. Au fur et à mesure de sa maturation, le biofilm devient un amas multicouche.

Stade 4. Maturation II :

Le biofilm continue de croître et devient tridimensionnel. À mesure que le biofilm mûrit, il est capable de fournir une protection contre le système immunitaire de l'hôte, les antimicrobiens, les désinfectants et les antibiotiques.

Étape 5. Dispersion :

Le biofilm atteint sa masse critique et libère les bactéries planctoniques qui continuent à coloniser d'autres surfaces.

La technologie brevetée coactiv+™ 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 complémentaire parfait de DispersinB® Hydrogel, qui fait également partie du portefeuille de soins des plaies à base d'antibiofilm de Kane Biotech.

coactiv+™ est une formule de déstabilisation du biofilm à activité continue. Les ingrédients clés sont reconnus comme sûrs par la FDA et ont été délibérément sélectionnés pour apporter un soutien tout au long de la cascade de guérison des plaies.

EDTA : l'acide éthylènediamine-tétraacétique (EDTA) est un agent chélateur (liant) qui séquestre les ions métalliques présents dans la plaie et nécessaires à la croissance et à la fonction bactériennes et, finalement, 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 sodium/acide citrique : Le pH élevé des plaies est une caractéristique des plaies chroniques difficiles à cicatriser qui sont souvent enflammées et infectées. Le citrate de sodium/acide citrique agit comme un agent tampon qui aide à réduire le pH élevé et/ou à maintenir un pH plus bas, propice à la cicatrisation des plaies. Comme l'EDTA, le citrate de sodium est également un chélateur d'ions métalliques, ce qui contribue à inhiber la croissance microbienne et à déstabiliser les biofilms.

La combinaison de la séquestration des ions métalliques et de l'activité d'abaissement du pH de coactive+ fournit un environnement pour une déstabilisation efficace du biofilm. En outre, il a été démontré que cette activité réduit la fonction protéolytique hyperactive dans les plaies. Des niveaux élevés de protéases sont associés aux plaies chroniques et sont connus pour provoquer des lésions tissulaires, une inflammation et un retard de cicatrisation.

Lire la fiche technique de coactiv+

DispersinB® est une enzyme naturelle qui clive le polysaccharide de surface bactérien poly-b-1, 6-N-acétylglucosamine (PNAG). Ce polysaccharide est produit par un large éventail de bactéries et de champignons et constitue un élément clé de la formation des biofilms. DispersinB clive le PNAG, inhibant ainsi l'adhésion bactérienne et dispersant le biofilm. Ceci est particulièrement utile pour traiter les plaies et les infections otiques, qui peuvent devenir chroniques en raison de la nature persistante des biofilms bactériens. Une fois le biofilm dispersé, les bactéries peuvent être éradiquées et l'infection peut être guérie.

Kane Biotech Inc. a conclu un accord de licence mondial exclusif avec l'Université de médecine et de dentisterie du New Jersey, NJ, USA (qui fait maintenant partie de l'Université Rutgers) pour commercialiser la technologie DispersinB pour des applications humaines, animales, agricoles et industrielles. Le brevet américain sur cette technologie a déjà été délivré (U.S. Pat. No.7,294,497) et Kane Biotech détient 7 autres brevets dans ce domaine. Des tests complets de biocompatibilité, de toxicité et de stabilité ont été réalisés sur cette enzyme. Kane Biotech a un certain nombre de produits DispersinB en développement, y compris des formulations avec des antibiotiques et l'enzyme antibiofilm β-N-Acetylglucosaminidase. Kane Biotech a développé une technologie d'antibiofilm en combinaison avec la gentamycine et a formulé un spray de gel pour plaies Enzyme-Gentamycine contenant un agent gélifiant thermoréversible qui fait que le spray liquide devient un gel lorsqu'il est appliqué à la température du corps.

Lire la fiche technique de DispersinB

Enzymes
Catalyseurs biologiques qui augmentent la vitesse ou la vélocité d'une réaction chimique sans être eux-mêmes modifiés dans le processus global.

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

Microcolonie
Colonie composée de quelques cellules microscopiques. Par exemple, une minuscule colonie de bactéries se développant dans des conditions sous-optimales.

Inerte
Déficient en propriétés actives ; en particulier : dépourvu d'une action chimique ou biologique habituelle ou prévue.

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

Génétique
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 modèles d'héritage des parents à la progéniture, ainsi que de la distribution, de la variation et du changement des gènes dans les populations.

Biologie moléculaire
Branche de la biologie qui traite de la base moléculaire de l'activité biologique. Ce domaine recoupe d'autres domaines de la biologie et de la chimie, notamment 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, l'ARN et la biosynthèse des protéines, ainsi qu'à la manière dont ces interactions sont régulées.

ⁱ Singh S, Singh SK, Chowdhury I, Singh R. Understanding the Mechanism of Bacterial Biofilms Resistance to Antimicrobial Agents. The Open Microbiology Journal. 2017;11:53-62. doi:10.2174/1874285801711010053.

ⁱⁱ Marshall MD, Wallis CV, Milella L, Colyer A, Tweedie AD, Harris S. A longitudinal assessment of periodontal disease in 52 miniature schnauzers. BMC Veterinary Research. 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 aux mammites et économie des mammites dans les troupeaux de vaches laitières. 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. A proposal : Atopic Dermatitis Organizer (ADO) guideline for children. Asia Pacific Allergy. 2011;1(2):53-63. doi:10.5415/apallergy.2011.1.2.53.

^vii Del Rosso JQ. Dermatite séborrhéique de l'adulte : A Status Report on Practical Topical Management. The Journal of Clinical and Aesthetic Dermatology. 2011;4(5):32-38.

^viii Crawford F. Pied d'athlète. BMJ Clinical Evidence. 2009;2009:1712.

^ix Attinger C, Wolcott R. Clinically Addressing Biofilm in Chronic Wounds. Advances in Wound Care. 2012;1(3):127-132. doi:10.1089/wound.2011.0333.

^x Sen CK, Gordillo GM, Roy S, et al. Human Skin Wounds : A Major and Snowballing Threat to Public Health and the Economy. Wound repair and regeneration : official publication of the Wound Healing Society [and] the European Tissue Repair Society. 2009;17(6):763-771. doi:10.1111/j.1524-475X.2009.00543.x.

^xi Peleg AY, Hooper DC. Hospital-Acquired Infections Due to Gram-Negative Bacteria. The New England journal of medicine. 2010;362(19):1804-1813. doi:10.1056/NEJMra0904124.

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

^xiii Finch, J.E., Prince J., et Hawksworth, M (1978) A bacteriological survey of the domestic environment. Journal of Applied Bacteriology 45, 357-364.

^xiv Scott, E., Bloomfield, S.F., et Barlow, C.G. (1984) Evaluation of disinfectants in the domestic environment under 'in use' conditions. Journal of Hygiene, Cambridge 92, 193-203.

^xv Josephson, K., Rubino, J. et Pepper, I. (1997), Characterization and quantification of bacterial pathogens and indicator organisms inhousehold kitchens with and without the use of a disinfectant cleaner. Journal of Applied Microbiology, 83 : 737-750. doi:10.1046/j.1365-2672.1997.00308.x

^xviSinghS, Singh SK, Chowdhury I, Singh R. Understanding the Mechanism of Bacterial Biofilms Resistance to Antimicrobial Agents. The Open Microbiology Journal. 2017;11:53-62. doi:10.2174/1874285801711010053.

^xvii NIH RESEARCH ON MICROBIAL BIOFILMS. Disponible en ligne : http://grants.nih.gov/grants/guide/pa-files/PA-03-047.html.

^xviii Donlan RM. Biofilms : Microbial Life on Surfaces. Maladies infectieuses émergentes. 2002;8(9):881-890. doi:10.3201/eid0809.020063.

^xix Wenzel R.P. (2007) Health care-associated infections : Major issues in the early years of the 21st century. Clinical Infectious Diseases 45 (Suppl 1), S85-S88.

^xx Stone PW. Economic burden of healthcare-associated infections : an American perspective. Expert review of pharmacoeconomics & outcomes research. 2009;9(5):417-422. doi:10.1586/erp.09.53.

^xxi Klevens RM, Morrison MA, Nadle J, et al. Invasive methicillin-resistant Staphylococcus aureus infections in the United States. JAMA. 2007;298:1763-71.

^xxii Tilton, D. (2003). Infections nosocomiales : les maladies de l'intérieur de nos portes. Consulté le 15 mai 2005 sur le site 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 Dancer SJ. (2008) Importance de l'environnement dans l'acquisition de Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline : le cas du nettoyage des hôpitaux. Lancet Infect Dis;8:101e113.

^xxv Boyce JM. (2007) La contamination environnementale contribue de manière importante aux infections hospitalières. J Hosp Infect;65(Suppl. 2) : 50e54.

^xxvi Carling PC, Bartley JM. (2010) Évaluation du nettoyage hygiénique dans les établissements de soins de santé : ce que vous ne savez pas peut nuire à vos patients. Am J Infect Control;38(5 Suppl. 1). S41e50.

^xxvii Dancer SJ, White LF, Lamb J, Girvan EK, Robertson C. (2009) Measuring the effect of enhanced cleaning in a UK hospital : a prospective cross-over study. 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. Dental plaque as a biofilm and a microbial community - implications for health and disease. BMC Oral Health. 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. Brazilian Oral Research, 22(Suppl. 1), 32-43.

^xxxi Nazir MA. Prévalence de la maladie parodontale, son association avec les maladies systémiques et sa prévention. Revue internationale des sciences de la santé. 2017;11(2):72-80.

^xxxii Sen CK, Gordillo GM, Roy S, Kirsner R, Lambert L, Hunt TK, et al. Human skin wounds : a major and snowballing threat to public health and the economy. Wound Repair Regen. 2009

^xxxiii Attinger C, Wolcott R. Clinically Addressing Biofilm in Chronic Wounds. Advances in Wound Care. 2012;1(3):127-132. doi:10.1089/wound.2011.0333.

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

^xxxvOkokonEO, Verbeek JH, Ruotsalainen JH, Ojo OA, Bakhoya VN. Antifongiques topiques pour la dermatite séborrhéique. Cochrane Database Syst Rev. 2015;5:CD008138.

^xxxvi Gupta AK, Batra R, Bluhm R, et al. Skin diseases associated with Malassezia species. J Am Acad Dermatol. 2004;51:785-798

^xxxvii Ghannoum MA, Rice, LB ; Antifungal agents : mode of action, mechanisms of resistance, and correlation of these mechanisms with bacterial resistance. Clin Microbiol Rev. 1999 Oct ; 12(4):501-17.

^xxxviii Figueredo, L. A., Cafarchia, C., & amp ; Otranto, D. (2013). Sensibilité antifongique du biofilm de Malassezia pachydermatis. Medical mycology, 51(8), 863-867.

^xxxix Krakowski AC, Eichenfield LF, Dohil MA. Gestion de la dermatite atopique dans la population pédiatrique. Pediatrics. 2008 Oct;122(4):812-24.

^xl Akiyama H, Yamasaki O, Tada J, et al. Adherence characteristics and susceptibility to antimicrobial agents of Staphylococcus aureus strains isolated from skin infections and atopic dermatitis. J Dermatol Sci. 2000 Aug;23(3):155-60.

^xli Ikezawa Z, Komori J, Ikezawa Y, et al. A role of Staphylococcus aureus, interleukin-18, nerve growth factor and semaphorin 3A, an axon guidance molecule, in pathogenesis and treatment of atopic dermatitis. Allergy Asthma Immunol Res. 2010 Oct;2(4):235-46.

^xlii Katsuyama M, Ichikawa H, Ogawa S, et al. A novel method to control the balance of skin microflora. Part 1. Attaque du biofilm de Staphylococcus aureus sans antibiotiques. J Dermatol Sci. 2005 Jun;38(3):197-205.

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

^xliv Costa-Orlandi, C. B. et al. In vitro characterization of Trichophyton rubrum and T. mentagrophytes biofilms. Biofouling. Abingdon : Taylor & Francis Ltd, v. 30, n. 6, p. 719-727, 2014.

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

^xlvi Chmielewski, R.A.N, and Frank, J.F. (2003) Biofilm formation and control in food processing facilities. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety 2, 22-32.

^xlvii Keskinen, L.A., Todd, E.C.D., et Ryser, E. (2008) Transfer of surface dried Listeria monocytogenes from stainless steel knife blades to roast turkey breast. Journal of Food Protection 71, 176-181.

^xlviii Lee Wong, A.C. (1998). Biofilms dans les environnements de transformation des aliments. 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 Son. R. (2011) Biofilm formation by Salmonella Typhi and Salmonella Typhimurium on plastic cutting board and its transfer to dragon fruit. International Food Research Journal 18, 31-38.

^l Reuter, M., Mallett, A., Pearson, B.M., et van Vliet, A.H.M. (2010) Biofilm formation by Campylobacter jejuni is increased under aerobic conditions. Applied and Environmental Microbiology 76, 2122-2128.

^li Finch, J.E., Prince J., et Hawksworth, M (1978) A bacteriological survey of the domestic environment. Journal of Applied Bacteriology 45, 357-364.

^lii Scott, E., Bloomfield, S.F., et Barlow, C.G. (1984) Evaluation of disinfectants in the domestic environment under 'in use' conditions. Journal of Hygiene, Cambridge 92, 193-203.

^liii Furuhata, K., Ishizaki, N., et Fukuyama, M. (2010) Characterization of heterotrophic bacteria isolated from the biofilm of a kitchen sink. Biocontrol Science 15, 21-25.

^liv Neth, K., Girard, D., et Albrecht, J. (2008) Détermination du biofilm sur les planches à découper en plastique. RURALS : Review of Undergraduate Research in Agricultural and Life Sciences, Université de Nebraska-Lincoln, 3, article 5.

1. James GA, Swogger E, Wolcott R et al. Biofilms in chronic wounds. Wound Repair Regen 2008 ; 16(1) : 37-44.

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

3. Cooper R, Bjarnsholt T et Alhede M. Biofilms in wounds : Un examen des connaissances actuelles. Journal of Wound Care 2014 23(11) : 570-582.

4. Thomson CH. Biofilms : affectent-ils la cicatrisation des plaies ? Int W J 2011 ; Feb 8(1):63-7. doi : 10.1111/j.1742-481X.2010.00749.x. Epub 2010 Dec

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