Les biofilms : nouvelle frontière de la lutte antibactérienne

Le terme de biofilm désigne toute communauté de micro-organismes (algues, bactéries, champignons, protozoaires…) appartenant à une ou plusieurs espèces. Pour se développer et résister le plus efficacement possible au stress environnemental, ceux-ci adhèrent fortement à un support et se lient étroitement les uns aux autres grâce à la matrice qu’ils synthétisent et dont ils s’entourent.

Les biofilms qui se développent sur les surfaces éclairées et émergentes sont essentiellement constitués d’algues et de bactéries. Ceux qui se développent dans des milieux immergés (bois, lit de feuilles) ou dans les sédiments sont principalement constitués de bactéries et de champignons.

Des ancêtres encombrants

Présents en grande quantité dans les fossiles de stromatolithes (structure laminaire souvent calcaire) datant de quelque 3,5 milliards d’années, ils représentent à ce jour la plus ancienne forme connue de vie organique sur notre planète. Les bactéries qui les composaient ont participé à l’enrichissement en oxygène et en ozone de l’atmosphère terrestre, favorisant ainsi l’apparition et le développement de formes de vie plus complexes. Les biofilms sont aujourd'hui omniprésents : dans les milieux liquides et les sols, sur les végétaux, les animaux et la plupart des objets du quotidien. Ainsi, chez l’être humain, les biofilms recouvrent autant la peau que les différentes muqueuses.

Seuls milieux dont ils sont absents, les endroits parfaitement secs et totalement dépourvus de sources de nourriture. En réalité, une exception des plus rares ! Même dans l'eau du robinet ils sont omniprésents : la chloration systématique de l’eau pour la rendre potable a en effet généré une résistance à son action chez des souches bactériennes agglomérées en biofilms. Ainsi, en 2003, malgré une chloration constante, les biofilms présents dans les canalisations d’eau atteignaient une densité de 10 milliards de bactéries au cm2 dont au moins 1 % étaient parfaitement viables !

Dans des conditions très favorables (nourriture abondante), les biofilms deviennent visibles. Ils peuvent alors acquérir une taille monstrueuse, leur épaisseur atteignant voire dépassant le mètre ! À ce stade, ils deviennent une source importante de nutriments pour de nombreux animaux (larves de parasites, escargots, crustacés, poissons, etc.).

Biofilms et maladies

Les biofilms se développent essentiellement dans le tube digestif et le vagin parce que ces organes creux communiquent avec l’extérieur. Ils sont principalement composés de bactéries et constituent ce qu’on appelle les microbiotes (anciennement, « flores ») intestinal et vaginal. À l’état physiologique, ils entretiennent une relation symbiotique avec leur hôte, en particulier en stimulant ses défenses immunitaires.

Comme de très nombreux micro-organismes recourent au biofilm pour survivre et se reproduire, la liste des maladies dans lesquelles ils sont impliqués est très longue. En voici un aperçu :

• Peau : plaie chronique

• ORL : carie dentaire, parodontopathie, otite chronique

• Respiratoire : aspergillose, légionellose, infection à Pseudomonas aeruginosa (notamment au cours de la mucoviscidose)

• Digestif : candidose, péritonite

• Cœur : endocardite infectieuse

• Urinaire : infections à répétition, prostatite

• Multiloculaire : maladie de Lyme

• Affections nosocomiales liées aux implants médicaux (cathéter, sonde, prothèse, valve et stimulateur cardiaques)

Une forteresse pour les bactéries

Dans cette matrice protectrice, elles peuvent désormais se reproduire facilement et donner naissance à des colonies plus ou moins intriquées. À mesure que le biofilm s’épaissit, d’autres micro-organismes (bactéries, champignons, parasites, virus…) viennent grossir sa population.

Parmi ces nouvelles souches, des bactéries dites compagnonnes qui ne sécrètent pas de biofilm, mais qui, par leur présence, renforcent la résistance des bactéries productrices.

Deux phénomènes limitent cependant l’expansion de ce petit écosystème :

• Certains des nouveaux arrivés sont des prédateurs et opèrent des coupes plus ou moins sévères.

• Diverses forces (pression, chaud, froid, pH) arrachent régulièrement des fragments du biofilm. Les micro-organismes ainsi détachés cherchent un autre lieu d’ancrage ou meurent en cas d’échec.

Tant que le biofilm tient bon, il rend de nombreux services aux bactéries :

• Il constitue une membrane physique qui les protège du contact avec les différents agents anti­microbiens susceptibles de les détruire.

• Il permet aux bactéries de ralentir leur métabolisme et de s’économiser. Dans le même temps, le rythme et la durée d’activation de plusieurs séries de gènes sont profondément modifiés au point qu’ils changent de fonction , notamment afin de stimuler la coopération avec les divers micro-organismes vivant dans le biofilm.

• Il favorise très vraisemblablement le transfert de gènes entre bactéries (qu’elles soient ou non de la même famille), notamment ceux impliqués dans l’antibiorésistance.

• Chez certaines espèces, il permet de développer des stratégies capables de déjouer l’action des antibiotiques : ces derniers sont ainsi rendus inefficaces par des plasmides (fragments d’ADN non nucléaire) ou rejetés hors du biofilm.

• Plus la biodiversité au sein du biofilm est importante, plus la coopération entre souches bactériennes ou fongo-bactériennes est importante et plus la résistance aux contraintes environnementales s’améliore, notamment vis-à-vis des détergents, des désinfectants (chlore entre autres) et des antibiotiques.