Publié le 31 octobre 2023 10:45:00. Des chercheurs du Caltech ont mis au point une nouvelle méthode d’imagerie permettant d’observer en détail la formation et le développement des biofilms, ces communautés bactériennes résistantes aux antibiotiques, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour lutter contre les infections chroniques.
- Une technique d’imagerie innovante permet de visualiser les cellules bactériennes au cœur des biofilms, là où les méthodes traditionnelles échouent.
- L’étude révèle que certaines cellules se sacrifient pour maintenir la structure du biofilm et favoriser la résistance aux antibiotiques.
- Cette avancée pourrait conduire à de nouvelles stratégies pour combattre les infections causées par des biofilms, notamment celles dues à Pseudomonas aeruginosa.
Comprendre le fonctionnement des biofilms est un enjeu majeur de santé publique. Ces assemblages complexes de bactéries, souvent adhérents à des surfaces, sont particulièrement difficiles à éradiquer car ils résistent aux antibiotiques et aux défenses immunitaires. Les biofilms sont impliqués dans de nombreuses infections chroniques, telles que les infections pulmonaires chez les patients atteints de mucoviscidose ou les infections des dispositifs médicaux.
L’équipe de recherche, dirigée par la professeure Dianne Newman du Caltech et la chercheuse postdoctorale Georgia Squyres, a réussi à surmonter un obstacle majeur : l’impossibilité d’observer les cellules au cœur des biofilms. Les méthodes d’imagerie traditionnelles, basées sur des protéines fluorescentes, nécessitent de l’oxygène pour fonctionner, or les zones internes des biofilms sont souvent dépourvues d’oxygène.
Pour contourner ce problème, les chercheurs ont réintroduit une technique fluorescente consistant à marquer le milieu dans lequel les cellules se développent, plutôt que les cellules elles-mêmes. En utilisant un colorant bon marché et non toxique, ils ont rendu les cellules sombres sur un fond clair, permettant ainsi de les visualiser même au cœur du biofilm. Combinée à un algorithme de détection du comportement cellulaire, cette méthode a permis de suivre la croissance du biofilm et la dynamique cellulaire sur plusieurs jours.
Les chercheurs ont utilisé Pseudomonas aeruginosa, une bactérie pathogène fréquemment impliquée dans les infections, mais la technique pourrait être appliquée à d’autres espèces bactériennes formant des biofilms. “Ce que Georgia a fait était techniquement un défi à plusieurs niveaux et constitue une grande réussite”, a déclaré Dianne Newman, professeure de biologie et de géobiologie au Caltech. “Mais plus encore que la technique, ce qui m’impressionne, c’est sa vision de ce qu’il faut en faire. En tirant parti des caractéristiques uniques des biofilms bactériens, elle pose des questions qui ouvrent de nouvelles frontières en matière de biologie du développement et cellulaire.”
L’étude a révélé un mécanisme surprenant : certaines cellules du biofilm se sacrifient pour maintenir la structure de la communauté. Ces cellules subissent un processus de lyse, c’est-à-dire qu’elles éclatent, libérant de l’ADN extracellulaire (ADNe) dans la matrice du biofilm. Cet ADNe joue un rôle crucial dans la cohésion des cellules, la stabilité structurelle du biofilm et la rétention de métabolites essentiels à son développement. Il peut également piéger les antibiotiques, les empêchant d’atteindre leurs cibles.
En cartographiant les événements de lyse, Georgia Squyres a découvert que ces cellules sacrificielles se situent à des endroits spécifiques du biofilm, influencés par des gradients de nutriments tels que le carbone et l’oxygène. “La tolérance aux antibiotiques dans les biofilms est coordonnée par les cellules individuelles, et j’espère que ce travail fournira un nouveau cadre sur la manière d’étudier leur comportement”, explique Georgia Squyres.
Les chercheurs prévoient de continuer à développer ces techniques d’imagerie pour étudier d’autres composants de la matrice extracellulaire et leur interaction, afin de mieux comprendre les propriétés des biofilms et d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques. Le financement de cette recherche a été assuré par l’ Institut de durabilité Resnick à Caltech, la Damon Runyon Cancer Research Foundation et les National Institutes of Health.
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