Biofilms Flashcards
Vrai ou faux : les bactéries sont en grande majorité sous forme libre dans la nature
Faux : sous forme de biofilms
Qu’est-ce qu’est un biofilm?
Les biofilms sont des agrégats de microorganismes dans lesquels les les cellules sont fréquemment intégrées dans une matrice extracellulaire autoproduite, les rendant adhérantes entre elles et/ou à une surface.
Comment appelle-t-on des bactéries qui ne vivent pas en biofilm?
Bactéries planctoniques
Nommer des différences rencontrées entre les bactéries sous la forme planctonique et sous la forme de biofilm
Propriétés émergentes
Utilisation de nutriments
Facteurs de virulence
Quels sont les types de biofilms?
Microaggrégats Microcolonie Une seule couche Plusieurs couches Tapis microbien
Quels sont les étapes de développement d’un biofilm?
- Attachement initial (réversible)
- Attachement irréversible
- Maturation (microcolonie)
- Maturation (macrocolonie)
- Dispersion
Quelles sont les 2 façons pour des bactéries de faire l’attachement initial pour produire un biofilm?
Complètement ou partiellement stochastique (Mouvements aléatoires, Gravité, Courants hydrodynamiques)
Ou dirigée (plus rare) (Motilité, Chimiotaxie)
Quels sont les forces qui médient l’attachement initial des bactéries dans la production d’un biofilm?
Forces physicochimiques transitoires (Van der Waals et forces électrostatiques)
Qu’est-ce qui mène à l’attachement irréversible de bactéries sur une surface?
Utilisation de nombreux pilis et adhésines
Par quoi est régulée la production de matrice extracellulaire?
Quorum sensing
Quels sont les signaux (4) qui mènent à la maturation du biofilm?
Densité de population (quorum sensing)
Présence d’une surface
Disponibilité du fer ou de l’oxygène
Présence de conditions idéales (ex. polysaccharides de plantes pour les rhizobactéries)
Expliquer la voie de signalisation à 2 composantes pour la maturation d’un biofilm
Kinase va autophosphoryler jusqu’à un facteur de transcription via un facteur de réponse.
Beaucoup d’intégration de signaux (car il en faut plusieurs pour réguler les biofilms)
Discuter du rôle du c-di-GMP dans la fabrication de la matrice ainsi que de ses composantes chez les Gram -
Peu de c-di-GMP = Motilité
Beaucoup de c-di-GMP = Mode de vie sessile / Biofilm
Diguanylate cyclase : enzymes de synthèse - va augmenter le signal pour faire plus de c-di-GMP
Phosphidiestérase : clive le c-di-GMP
Nommer les différentes composantes (5) d’un biofilm
Exopolysaccharides (Longues molécules linéaires ou branchées)
Protéines (Enzymes et protéines de structure)
ADN extracellulaire
Lipides et surfactants
Structures cellulaires (flagelles, pilis, etc)
Vrai ou faux : dans quelques biofilms, les exopolysaccharides sont absents
Faux
Quels sont les rôles de l’ADN extracellulaire dans la formation d’un biofilm?
Génomique (issus de la lyse des cellules) et rôle structurant (difficile à dégrader). Parfois spécifique : pompage extracellulaire pour servir de structure.
À quoi servent les lipides et les surfactants dans la formation d’un biofilm?
Rendent disponibles les substances hydrophobes
Quels sont les 3 signaux menant à la dispersion des biofilms?
Signaux environnementaux
Signaux bactériens
Phages
Donner des exemples de signaux environnementaux menant à la dispersion des biofilms
Disponibilité des sources de carbone
Manque d’oxygène
Modification dans la disponibilité en fer
Changement de température
Donner des exemples de signaux bactériens menant à la dispersion des biofilms
Quorum sensing (trop grande densité microbienne)
Autres signaux extracellulaires
Sécrétion d’enzymes et de substances modifiant la matrice du biofilm
Souvent, qu’est-ce qui précède la dispersion d’un biofilm?
Mort et la lyse de cellules au centre du biofilm mature.
Quelles ‘‘structures’’ sont présentes dans certains biofilms?
Serpentins (Pris dans le courant (ou vent) : peut mener à la dispersion de l’espèce)
Vide (Augmente la surface de contact)
Canaux de circulation (Laisse passer l’eau et les nutriments)
Nommer les 5 propriétés de la matrice et des biofilms et développer un peu sur chacune d’entre elles
Adsorption (Concentration des molécules de l’environnement (cations, ions, métaux…).)
Partage et rétention des enzymes (Biofilm garde près des cellules les enzymes (mise en commun plus efficace) = digestion + efficace)
Adhésion et agrégation des microorganismes (plus d’interactions) (Ensemble, consortium. Interaction efficace entre 2 organismes, mais désavantage si les microorganismes sont en compétition. Signalisation et échange de matériel génétique plus facile)
Tolérance et résistance (Inconvénient (pour nous) si ce sont des pathogènes. Protège des défenses de l’hôte (dont des antibiotiques), contre les prédateurs, stress abiotique (sécheresse, car le biofilm en tant que tel est hydraté) et les variations extrêmes de pH (changement devient moins drastique en biofilm))
Source de nutriments (Exopolysaccharides peuvent être une source de nutriments s’il y a un stress en carbone trop élevé. )
Quels types de gradients sont présents dans un biofilm?
Gradient en O2
Gradient de nutriments
Gradient de pH
Gradient de quorum sensing
Comment peut-on générer des biofilms en laboratoire?
Sur boîte de pétri
Dans un milieu de culture (interface air-liquide)
Dans un milieu de culture (interface liquide-solide)
Microfluidique
Observation directe au microscope
Expliquer le principe de microfluidique
Étude de la formation du biofilm. Microscope + puce : flux continu de milieu de culture à la puce, permet de reproduire en laboratoire un biofilm avec un courant (comme dans un cours d’eau). - Possibilité de voir en temps réel avec une caméra.
Nommer 3 avantages de l’utilisation de la microfluidique pour observer des biofilms
Excellent contrôle de tous les paramètres
Grande flexibilité
Analyse in situ et en temps réel
Comment peut-on quantifier la formation de biofilms?
Utilisation de la méthode du cristal violet
Quels sont les étapes de la méthode de quantification du biofilm au cristal violet?
- Formation du biofilm dans un plaque (ex. plaque 96 puits)
- Vider le milieu et laver
- Ajouter une solution de cristal violet et incuber
- Laver, puis sécher à l’air
- Resuspendre le cristal violet dans l’éthanol
- Mesurer la densité optique
Quels sont les 3 types de biofilms impliquant plus d’une espèce?
Microcolonies séparées
Co-agrégation
Stratification
Qu’est-ce que révèle sur les 2 colonies des microcolonies séparées?
Interactions non-bénéfiques entre les 2 colonies (compétition)
Qu’est-ce que révèle sur les 2 colonies de la co-agrégation?
Interactions bénéfiques
Qu’est-ce que révèle sur les 2 colonies de la stratification?
Coopération métabolique ou compétition : un aime l’oxygène (sur le dessus), l’autre non (au centre) par exemple.
Comparer les biofilms issus de l’interaction entre plusieurs espèces selon s’il y a de la coopération ou de la compétition
Coopération : Biomasse totale du biofilm plus élevée, protection accrue contre les antibiotiques et les défenses immunitaires de l’hôte et autres stress, coopération métabolique (décomposition accrue de composés organiques et de polluants, …)
Compétition : Inhibition de l’adhésion de l’espèce compétitrice, inhibition de la maturation du biofilm de
l’espèce compétitrice et stimulation de la dispersion
Décrire les biofilms issus de ruisseaux
Peu de nutriments. Il faut une excellente coopération entre les m-o. Eucaryotes : fixent le CO2 qui sera consommé par les hétérotrophes et retournés sous forme de CO2. Grande diversité = beaucoup d’enzymes différentes = dégradation de polymères complexes!
Où sont retrouvés les tapis microbiens?
Surfaces immergés, milieux extrêmes
Vrai ou faux : les cycles d’échange entre les différents membres d’un tapis microbiens sont complexes
Vrai
Que sont les stromatolites?
Plus vielles traces de vie sur terre sous la forme de biofilms ancrés dans de la roche
Nommer des avantages des biofilms par rapport aux cellules planctoniques dans l’utilisation en bioremédiation
Grande tolérance aux stress environnementaux
Densité cellulaire très élevée
Diversité et interactions métaboliques
Structure physique poreuse traversée par plusieurs canaux
Sécrétion de surfactants
Donner 2 exemples de biofilms bénéfiques
Bioremédiation
Réacteurs à biofilms
Décrire le fonctionnement des réacteurs à biofilms pour décontaminer les eaux
Billes contenant les biofilms (pour avoir une surface et toucher le + possible à tout le milieu à décontaminer). Lit en mouvement avec mouvement de l’air : maximisation de la dépollution.
En quoi les biofilms peuvent-ils devenir nuisibles en industrie?
Détérioration, surtout des tuyaux. Perte d’$$$ (production), pertes matérielles, possible présence de pathogènes…
Expliquer le principe derrière la corrosion influencée par les microorganismes (MIC) aérobies et anaérobies.
Aérobies : Acides produits par l’oxydation du soufre, FeCl3 produit par l’oxydation du fer
Anaérobies : Généralement causée par des bactéries réduisant le soufre, impliquent des réactions électrochimiques à la surface du métal.
Quels sont les problèmes dans l’industrie laitière en lien avec les biofilms? Pourquoi?
Qualité et sécurité des aliments mise en jeu, dégradation de la machinerie
Pourquoi? Pré-conditionnement des surfaces par les substances présentes dans le lait favorise l’attachement
Préférence pour les surfaces avec des craques, crevasses, joints, etc.
Nommer des stratégies de contrôle des biofilms en industrie (5)
- Petits nombres de bactéries au départ
- Surface défavorisant l’adhésion
- Limiter la croissance en limitant les nutriments
- Design hygiénique par le nettoyage efficace (Mécanique, Biocide ou Autres)
- Surveillance des surfaces (Alertes rapides et contrôle des nettoyages)
Nommer quelques biofilms nuisibles en médecine
Biofilms dentaires
Biofilms pulmonaires
Biofilms associés aux cathéters et implants
Quelle molécule va induire la formation d’un biofilm dentaire qui peut mener à des maladies comme la gingivite?
AI-2 (molécule de quorum sensing)
Nommer des genres bactériens impliqués dans la formation de biofilms dentaires
Streptococci Actinobactéries Veillonellae Fusobactérie Pathogènes
Quels sont les 4 stades de développement de biofilms dentaires?
1) Croissance d’une flore bactérienne commensale et mutualiste (Streptococcus et actinobactéries)
2) Veillonellae va former de la co-adhésion
3) Adhésion des fusobactéries par co-agrégation (‘‘tape’’ à bactéries)
4) Croissance des bactéries pathogènes (stimulée par l’AI-2)
Comment peut-on éviter la formation d’un biofilm dentaire?
Comme le dirait n’importe quel dentiste : brosse-toi les dents!
Comme le dirait 9 dentistes sur 10 : utilise Colgate!
Expliquer le principe derrière la formation de caries
Gradient en O2 (beaucoup de nutriments). Fermentation : diminue le pH sur les dents, fait des trous et mène à des caries dentaires.
Discuter du cas de biofilms pulmonaires
Multiples infections bactériennes. Non-attachés à la surface : matrice et agrégat typique. Hausse des AHL (quorum sensing) correspond aux biofilms typiques.
Quels sont les problèmes des biofilms colonisant des implants et des cathéters?
Résistance aux antibiotiques
Résistance au système immunitaire
Libération de fragments dans le système sanguin
Nommer les nouvelles approches thérapeutiques pour lutter contre les biofilms en médecines
1) Modification des surfaces : Topographie, modifications chimiques et « Smart » surface (avec antibiotiques)
2) Petits agents chimiques : Nanoparticules, peptides antimicrobiens, liposomes et anticorps
3) Destruction physique : Stress physiques, ondes et tension de surface
Quel est le problème d’utilisation d’implants ‘‘smart surface’’?
Possible développement d’une résistance aux antibiotiques
