Les forces mécaniques des biofilms pourraient jouer un rôle dans les infections

« Les forces mécaniques des biofilms pourraient jouer un rôle dans les infections », source Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EFPL) et EurekAlert.

La grande majorité des bactéries dans le monde vivent sur des surfaces en formant des structures appelées «biofilms». Ces communautés hébergent des milliers à des millions de bactéries de différents types, et sont si biologiquement complexes et actives que les scientifiques les décrivent comme des «villes».

Les biofilms sont en fait le mode de vie préféré des bactéries. Ils les forment en se fixant les uns aux autres sur des surfaces aussi diverses que le fond de l'océan, les organes internes et les dents: la plaque dentaire est un exemple courant de biofilm.

Mais les biofilms provoquent également des infections chroniques, par exemple le pathogène opportuniste, Pseudomonas aeruginosa qui forme des biofilms dans les poumons des patients atteints de fibrose kystique.

D'une manière générale, on pense que l'interaction entre le biofilm et l'hôte est biochimique. Mais certaines preuves suggèrent que l'interaction physique et mécanique entre eux pourrait être tout aussi importante, et négligée en tant qu'influence sur la physiologie de l'hôte.

Par exemple, comment les biofilms se forment-ils sur des matériaux mous ressemblant à des tissus?

C'est la question à laquelle une équipe de scientifiques dirigée par Alex Persat à l'EPFL s'est aventurée à répondre.

Publié dans la revue eLife, ils montrent que les biofilms de deux bactéries pathogènes majeures, Vibrio cholerae et Pseudomonas aeruginosa, peuvent provoquer de grandes déformations structurelles sur des matériaux mous comme les hydrogels.

Lorsque les bactéries forment des biofilms, elles se fixent sur une surface et commencent à se diviser. En même temps, elles s'enfouissent dans un mélange de polysaccharides, de protéines, d'acides nucléiques et de débris de cellules mortes. Ce mélange forme une substance collante appelée matrice «EPS» (EPS signifie extracellular polymeric substances ou substances polymériques extracellulaires).

Au fur et à mesure que les bactéries se développent à l'intérieur de l'EPS, elles l'étirent ou le compriment, exerçant une contrainte mécanique. La croissance du biofilm et les propriétés élastiques de la matrice d'EPS génèrent des contraintes mécaniques internes.

Des scientifiques ont cultivé des biofilms sur des surfaces souples de l'hydrogel et ont mesuré la façon dont ils exerçaient des forces sur les variations des composants de l'EPS. Cela a révélé que les biofilms induisent des déformations comme un tapis ou une règle. L'ampleur des déformations dépend de la rigidité du matériau «hôte» et de la composition de l'EPS.

Les chercheurs ont également découvert que les biofilms de V. cholerae peuvent générer suffisamment de stress mécanique pour déformer et endommager les monocouches de cellules épithéliales molles, comme celles qui tapissent la surface de nos poumons et de nos intestins. Cela signifie que les forces générées par la croissance des biofilms pourraient compromettre mécaniquement la physiologie de leur hôte. En bref, les biofilms pourraient favoriser un mode d'infection «mécanique», ce qui pourrait justifier une toute nouvelle approche des traitements.

Le laboratoire du professeur Alexandre Persat fait partie du Global Health Institute de l'EPFL, situé à la Faculté des sciences de la vie.