Les biofilms ou alors biofilms Ce sont des communautés de micro-organismes attachés à une surface, vivant dans une matrice auto-générée de substances polymères extracellulaires. Ils ont été initialement décrits par Antoine von Leeuwenhoek, quand il a examiné les "animalcules" (ainsi nommés par lui), sur une plaque de matériau de ses propres dents au 17ème siècle..
La théorie qui conceptualise les biofilms et décrit leur processus de formation n'a été développée qu'en 1978. On a découvert que la capacité des micro-organismes à former des biofilms semble être universelle..
Les biofilms peuvent exister dans des environnements aussi variés que les systèmes naturels, les aqueducs, les réservoirs de stockage d'eau, les systèmes industriels, ainsi que dans une grande variété de supports tels que les dispositifs médicaux et les dispositifs de permanence chez les patients hospitalisés (tels que les cathéters, par exemple).
Grâce à l'utilisation de la microscopie électronique à balayage et de la microscopie laser confocale à balayage, il a été découvert que les biofilms ne sont pas des dépôts homogènes et non structurés de cellules et de limon accumulé, mais plutôt des structures hétérogènes complexes..
Les biofilms sont des communautés complexes de cellules associées sur une surface, enfermées dans une matrice polymère hautement hydratée dont l'eau circule à travers des canaux ouverts de la structure..
De nombreux organismes qui ont réussi à survivre des millions d'années dans l'environnement, par exemple les espèces du genre Pseudomonas Oui Legionella, utiliser la stratégie de biofilm dans des environnements autres que leurs environnements natifs.
Index des articles
-Les substances extracellulaires polymères sécrétées par les micro-organismes du biofilm, les macromolécules de polysaccharide, les protéines, les acides nucléiques, les lipides et autres biopolymères, principalement des molécules hautement hydrophiles, se croisent pour former une structure tridimensionnelle appelée matrice de biofilm..
-La structure de la matrice est hautement viscoélastique, possède des propriétés de caoutchouc, résiste à la traction et à la rupture mécanique.
-La matrice a la capacité d'adhérer aux surfaces d'interface, y compris les espaces internes des milieux poreux, à travers des polysaccharides extracellulaires qui agissent comme des gommes adhérentes..
-La matrice polymère est principalement anionique et comprend également des substances inorganiques telles que des cations métalliques..
-Il a des canaux d'eau à travers lesquels circulent l'oxygène, les nutriments et les déchets qui peuvent être recyclés..
-Cette matrice du biofilm fonctionne comme un moyen de protection et de survie contre les environnements défavorables, une barrière contre les envahisseurs phagocytaires et contre l'entrée et la diffusion de désinfectants et d'antibiotiques..
-La formation de la matrice en gradients inhomogènes produit une variété de microhabitats, ce qui permet à la biodiversité d'exister au sein du biofilm..
-Au sein de la matrice, la forme de vie cellulaire est radicalement différente de la vie libre et non associée. Les microorganismes du biofilm sont immobilisés, très proches les uns des autres, associés en colonies; ce fait permet des interactions intenses.
-Les interactions entre les micro-organismes dans le biofilm comprennent la communication via des signaux chimiques dans un code appelé «quorum sensing»..
-Il existe d'autres interactions importantes telles que le transfert de gène et la formation de micro-consortiums synergiques..
-Le phénotype du biofilm peut être décrit en termes de gènes exprimés par les cellules associées. Ce phénotype est modifié en ce qui concerne le taux de croissance et la transcription génique.
-Les organismes du biofilm peuvent transcrire des gènes qui ne transcrivent pas leurs formes de vie planctoniques ou libres.
-Le processus de formation du biofilm est régulé par des gènes spécifiques, transcrits lors de l'adhésion cellulaire initiale.
-Dans l'espace confiné de la matrice, il y a des mécanismes de coopération et de compétition. La compétition génère une adaptation constante des populations biologiques.
-Un système digestif externe collectif est généré, qui retient les enzymes extracellulaires à proximité des cellules.
-Ce système enzymatique permet de séquestrer, accumuler et métaboliser les nutriments dissous, colloïdaux et / ou en suspension.
-La matrice fonctionne comme une zone de recyclage externe commune, un entrepôt pour les composants des cellules lysées, servant également d'archives génétiques collectives..
-Le biofilm fonctionne comme une barrière structurelle protectrice contre les changements environnementaux tels que la dessiccation, l'action des biocides, les antibiotiques, les réponses immunitaires de l'hôte, les agents oxydants, les cations métalliques, les rayons ultraviolets et constitue également une défense contre de nombreux prédateurs tels que les protozoaires phagocytaires et les insectes..
-La matrice de biofilm constitue un environnement écologique unique pour les micro-organismes, permettant un mode de vie dynamique pour la communauté biologique. Les biofilms sont de véritables microécosystèmes.
La formation de biofilm est un processus dans lequel les micro-organismes passent d'un état nomade unicellulaire à vie libre à un état sédentaire multicellulaire, où la croissance ultérieure produit des communautés structurées avec différenciation cellulaire..
Le développement du biofilm se produit en réponse à des signaux environnementaux extracellulaires et à des signaux auto-générés.
Les chercheurs qui ont étudié les biofilms s'accordent à dire qu'il est possible de construire un modèle hypothétique généralisé pour expliquer leur formation.
Ce modèle de formation de biofilm se compose de 5 étapes:
La formation du biofilm commence par l'adhésion initiale des micro-organismes à la surface solide, où ils sont immobilisés. Il a été découvert que les micro-organismes ont des capteurs de surface et que les protéines de surface sont impliquées dans la formation de la matrice.
Chez les organismes non mobiles, lorsque les conditions environnementales sont favorables, la production d'adhésines sur leur surface externe augmente. De cette manière, il augmente sa capacité d'adhésion cellule-cellule et cellule-surface..
Dans le cas des espèces mobiles, les micro-organismes individuels sont localisés sur une surface et c'est le point de départ vers un changement radical de leur mode de vie de mobile libre nomade à sédentaire, presque sessile..
La capacité de mouvement est perdue car dans la formation de la matrice, différentes structures telles que les flagelles, les cils, les pilus et les fimbria participent, en plus des substances adhésives.
Ensuite, dans les deux cas (micro-organismes mobiles et non mobiles), de petits agrégats ou microcolonies se forment et un contact cellule-cellule plus intense est généré; des changements phénotypiques adaptatifs au nouvel environnement se produisent dans des cellules groupées.
La production de substances polymères extracellulaires commence, la formation initiale en monocouche se produit et le développement ultérieur en multicouche.
Enfin, le biofilm atteint son stade de maturité, avec une architecture tridimensionnelle et la présence de canaux par lesquels circulent l'eau, les nutriments, les produits chimiques de communication et les acides nucléiques..
La matrice de biofilm retient les cellules et les maintient ensemble, favorisant un degré élevé d'interaction avec la communication intercellulaire et la formation de consortiums synergiques. Les cellules du biofilm ne sont pas complètement immobilisées, elles peuvent se déplacer à l'intérieur et aussi se détacher.
Selon le nombre d'espèces participant au biofilm, celui-ci peut être classé en:
En fonction également de l'environnement dans lequel ils se forment, les biofilms peuvent être:
En revanche, selon le type d'interface où ils sont formés, il est possible de les classer en:
La plaque dentaire a été étudiée comme un exemple intéressant d'une communauté complexe qui vit dans les biofilms. Les biofilms des plaques dentaires sont durs et non élastiques, du fait de la présence de sels inorganiques, qui confèrent de la rigidité à la matrice polymérique..
Les microorganismes de la plaque dentaire sont très variés et il existe entre 200 à 300 espèces associées dans le biofilm.
Parmi ces micro-organismes, on trouve:
Un autre exemple intéressant est celui des eaux usées domestiques, où elles vivent dans des biofilms attachés à des tuyaux, des microorganismes nitrifiants oxydant l'ammonium, des nitrites et des bactéries nitrifiantes autotrophes..
Parmi les bactéries oxydant l'ammonium de ces biofilms, les espèces numériquement dominantes sont celles du genre Nitrosomonas, distribué dans toute la matrice du biofilm.
Les composants majoritaires du groupe des oxydants de nitrite sont ceux du genre Nitrospira, qui sont situés uniquement dans la partie interne du biofilm.
Les biofilms Subaerie sont caractérisés par une croissance inégale sur des surfaces minérales solides telles que les roches et les bâtiments urbains. Ces biofilms présentent des associations dominantes de champignons, d'algues, de cyanobactéries, de bactéries hétérotrophes, de protozoaires, ainsi que d'animaux microscopiques..
En particulier, les biofilms SAB possèdent des microorganismes chimiolytotrophes, capables d'utiliser des produits chimiques minéraux inorganiques comme sources d'énergie..
Les micro-organismes chimolithotrophes ont la capacité d'oxyder des composés inorganiques tels que Hdeux, NH3, NE PASdeux, S, HS, Fedeux+ et profiter de l'énergie de potentiel électrique produit des oxydations dans leurs métabolismes.
Parmi les espèces microbiennes présentes dans les biofilms subaériens, on trouve:
De nombreuses bactéries connues comme agents responsables de maladies humaines vivent dans des biofilms. Parmi ceux-ci, on trouve: Vibrio cholerae, Vibrio parahaemolyticus, Vibrio fischeri, Vellionella parvula, Streptococcus mutans Oui Legionella pneumophyla.
La transmission de la peste bubonique par piqûre de puce est intéressante, une adaptation relativement récente de l'agent bactérien à l'origine de cette maladie., Yersinia pestis.
Cette bactérie se développe comme un biofilm attaché au tube digestif supérieur du vecteur (la puce). Lors d'une morsure, la puce régurgite le biofilm contenant Yersinia pestis dans le derme et ainsi l'infection commence.
Les organismes isolés du biofilm sur des cathéters veineux centraux explantés comprennent une gamme étonnante de bactéries Gram-positives et Gram-négatives, ainsi que d'autres micro-organismes..
Plusieurs études scientifiques rapportent que des bactéries Gram-positives issues de biofilms dans des cathéters veineux: Corynebacterium spp., Enterococcus sp., Enterococcus faecalis, Enterococcus faecium, Staphylococcus spp., Staphylocoque aureus, Staphylococcus epidermidis, Streptocoque spp. Oui Streptococcus pneumoniae.
Parmi les bactéries Gram-négatives isolées à partir de ces biofilms, les suivantes sont rapportées: Acinetobacter spp., Acinetobacter calcoaceticus, Acinetobacter anitratus, Enterobacter cloacae, Enterobacter aerogens, Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Klebsiella oxytoca, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas putida, Proteus spp., Providencia spp. Oui Serratia marcescens.
Les autres organismes trouvés dans ces biofilms sont: Candidose spp., Candida albicans, Candida tropicalis Oui Mycobacterium chelonei.
Concernant le fonctionnement de l'industrie, les biofilms génèrent des obstructions de tuyauterie, des dommages aux équipements, des interférences dans les processus tels que les transferts de chaleur lors du recouvrement des surfaces des échangeurs, ou la corrosion des pièces métalliques..
La formation de films dans l'industrie alimentaire peut générer d'importants problèmes opérationnels et de santé publique.
Les agents pathogènes associés dans les biofilms peuvent contaminer les produits alimentaires avec des bactéries pathogènes et causer de graves problèmes de santé publique aux consommateurs.
Parmi les biofilms d'agents pathogènes associés à l'industrie alimentaire, on trouve:
Cet agent pathogène utilise au stade initial de la formation du biofilm, des flagelles et des protéines membranaires. Forme des biofilms sur les surfaces en acier des trancheuses.
Dans l'industrie laitière, les biofilms de Listeria monocytogenes dans le lait liquide et les produits dérivés du lait. Les résidus laitiers dans les tuyaux, les réservoirs, les conteneurs et autres appareils favorisent le développement de biofilms de ce pathogène qui les utilise comme nutriments disponibles..
Les biofilms de ces bactéries peuvent être trouvés dans les installations de l'industrie alimentaire, telles que les sols, les drains et sur les surfaces des aliments tels que les viandes, les légumes et les fruits, ainsi que les dérivés faiblement acides du lait..
Pseudomonas aeruginosa sécrète diverses substances extracellulaires qui sont utilisées dans la formation de la matrice polymère du biofilm, adhérant à un grand nombre de matériaux inorganiques tels que l'acier inoxydable.
Pseudomonas peuvent coexister dans le biofilm en association avec d'autres bactéries pathogènes telles que Salmonella Oui Listeria.
Les espèces de Salmonella sont le premier agent causal des zoonoses d'étiologie bactérienne et des flambées de toxo-infection alimentaire.
Des études scientifiques ont montré que Salmonella peut adhérer sous forme de biofilms aux surfaces de béton, d'acier et de plastique dans les usines de transformation des aliments.
Les espèces de Salmonella ils ont des structures de surface avec des propriétés adhérentes. De plus, il produit de la cellulose en tant que substance extracellulaire, qui est le composant principal de la matrice polymère..
Il utilise des flagelles et des protéines membranaires dans l'étape initiale de formation du biofilm. Il produit également de la cellulose extracellulaire pour générer le réseau tridimensionnel de la matrice dans le biofilm..
Les biofilms offrent une protection aux microorganismes qui les composent, à l'action des désinfectants, des germicides et des antibiotiques. Les mécanismes qui permettent cette fonctionnalité sont les suivants:
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