Projet ANR-12-ALID-0006 – GreenSwimmers : Sensibilisation de biofilms industriels à l’action de désinfectants par l’infiltration de bactéries hyper-motiles
Programme : Systèmes Alimentaires Durables - Edition 2012 (ALID)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur Romain BRIANDET (UMR1319 MICALIS)
Partenaires : Institut national de la recherche agronomique; Mathématiques et Informatique Appliquées; NATURATECH; Microbiologie de l'Alimentation au Service de la Santé Humaine
Montant : 299601.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 24 mois
Résumé : Des torpilles bactériennes à l’assaut des biofilmsLes microbes vivent pour la plupart fixés à une surface, formant ainsi ce qu’on appelle les biofilms. Les partenaires du projet viennent de mettre en évidence l’existence de bactéries flagellées capable de s’infiltrer et de « vasculariser » ces édifices microbiens en creusant un réseau de galeries transitoires dans la matrice. Un résultat qui pourrait fournir un nouvel arsenal biologique pour lutter contre les biofilms impliqués dans les infections humaines.
Sensibilisation de biofilms industriels à l’action de désinfectants par l’infiltration de bactéries hyper-motilesNous avons récemment découvert que certains bacilles propulsés par des flagelles étaient capables de s’infiltrer au plus profond de biofilms constitués de bactéries pathogènes. Ces nageurs « furtifs » créent transitoirement des pores dans la matrice qui augmentent les transferts moléculaires au sein du biofilm. Nous avons prouvé au laboratoire que l'irrigation du biofilm par ces bactéries motiles, en facilitant la pénétration et l'action des désinfectants, permettait d’exacerber l’inactivation des bactéries du biofilm. L'objectif de ce projet «preuve de concept« est d'aller plus loin dans l'applicabilité de ce nouveau concept en sélectionnant des cocktails synergiques de bactéries « hyper-motiles » qui pourraient très significativement augmenter l'efficacité des biocides utilisés industriellement. L’implication sociétale directe de ce procédé biologique est la réduction drastique de l'utilisation de biocides chimiques polluants pour le contrôle des agents pathogènes dans les milieux industriels. L'objectif à plus long terme est de remplacer entièrement l’utilisation des biocides chimiques par des antimicrobiens naturels et spécifiques, si possible produits in situ par les bactéries motiles.
L’imagerie confocale dynamique et la bioinformatique pour analyser l’infiltration des bactéries motiles dans les biofilms.Le développement de cette approche «écologique» de l’hygiène des surfaces nécessite de nouveaux outils pour analyser de façon non invasive la dynamique d’infiltration de ces bactéries motiles dans les biofilms indésirables. Pour surmonter ce nœud méthodologique, nous avons réuni dans ce projet un consortium multidisciplinaire impliquant des microbiologistes, des microscopistes, des informaticiens, ainsi qu'un partenaire industriel impliqué dans l’utilisation biotechnologique de cocktails microbiens.
Résumé de la soumission : Tout au long de la chaîne alimentaire, la plupart des surfaces humides sont couvertes par une pellicule biologique appelée biofilm. Ce biofilm est composé de micro-organismes spatialement organisés (comprenant éventuellement des agents pathogènes) englués dans une matrice polymérique extracellulaire. Ce ciment organique peut agir comme un "bouclier protecteur" contre l'action des agents antimicrobiens, ce qui pose de graves problèmes industriels de persistance de certains agents pathogènes et une utilisation massive de biocides chimiques polluants. Il s'agit d'un sujet sensible pour l'industriel dans une conjoncture où des influences contradictoires s’exercent : les consommateurs sont en attente de produits toujours plus sûrs (exempts d'agents pathogènes microbiens), alors que la réglementation Européenne évolue et interdira certains désinfectants dans les prochaines années (directive européenne REACH 98/8/CE biocide).Nous avons récemment découvert que certains bacilles propulsés par des flagelles étaient capable de s’infiltrer au plus profond de biofilms constitués de bactéries pathogènes. Ces nageurs « furtifs » créent transitoirement des pores dans la matrice qui augmentent les transferts moléculaire au sein du biofilm. Nous avons prouvé au laboratoire que l'irrigation du biofilm par ces bactéries motiles, en facilitant la pénétration et l'action des désinfectants, permettait d’exacerber l’inactivation des bactéries du biofilm.L'objectif de ce projet "preuve de concept" est d'aller plus loin dans l'applicabilité de ce nouveau concept en sélectionnant des cocktails synergiques de bactéries « hyper-motiles » qui pourraient très significativement augmenter l'efficacité des biocides utilisés industriellement. L’implication sociétale directe de ce procédé biologique est la réduction drastique de l'utilisation de biocides chimiques polluants pour le contrôle des agents pathogènes dans les milieux industriels. L'objectif à plus long terme est de remplacer entièrement l’utilisation des biocides chimiques par des antimicrobiens naturels et spécifiques, si possible produits in situ par les bactéries motiles. Le développement de cette approche «écologique» de l’hygiène des surfaces nécessite de nouveaux outils pour analyser de façon non invasive la dynamique d’infiltration de ces bactéries motiles dans les biofilms indésirables. Pour surmonter ce nœud méthodologique, nous avons réuni dans ce projet un consortium multidisciplinaire impliquant des microbiologistes, des microscopistes, des informaticiens, ainsi qu'un partenaire industriel impliqué dans l’utilisation biotechnologique de cocktails microbiens.
Résultats : La perforation de la matrice des biofilms par des bactéries mobiles peut faciliter la pénétration de substances toxiques. Les partenaires de l’ANR ALID « GreenSwimmers » ont montré l’effet sensibilisant d’une pré-exposition de biofilms indésirables à un mélange de bactéries nageuses vis-à-vis de l’efficacité d’un désinfectant utilisé en hygiène industrielle. La recherche de nouveaux cocktails synergiques est en cours.  Ces travaux ont également démontré la possibilité d’utiliser des bactéries nageuses et productrices de composés antimicrobiens pour infiltrer la matrice de biofilms indésirables, inactiver les agents pathogènes installés et occuper le nouvel espace libéré sur la surface. La recherche de synthèse de molécules antimicrobienne chez les bactéries capables de nager en biofilm est également en cours dans le cadre de ce projet financé par l'ANR.
Perspectives : Cette nouvelle stratégie biologique pourrait être utilisée pour la maîtrise microbiologique de surfaces industrielles, mais également dans la lutte d’infections chroniques cutanées, nasales ou digestives, par exemple en utilisant des cocktails de souches probiotiques sélectionnées sur des critères de nage et de synthèse de molécules antimicrobiennes, comme par exemple certaines souches de Bacillus licheniformis productrices de bactériocines.
Publications et brevets : A. HOURY, M. GOHAR, J. DESCHAMPS, E. TISCHENKO, S. AYMERICH, A. GRUSS & R. BRIANDET, Infiltration and takeover of the biofilms matrix by stealth swimmers. Poster au contenu multimédia présenté à la conférence : « Nobel Biofilm Conference », 28-30 August 2013, Nobel Forum, Karolinska Institutet, Stockholm, Suède. Cette conférence sera l’occasion d’échanger avec les spécialistes internationaux du domaine sur notre approche innovante « GreenSwimmers ».