De nombreuses bactéries produisent du mucus résistant aux antibiotiques. Des études sur la structure de ce mucus pourraient conduire à de nouvelles méthodes de traitement.
Traditionnellement, les bactéries sont considérées comme des organismes unicellulaires peu répartis sur les surfaces ou en suspension dans les liquides. Cependant, dans de nombreux environnements, la véritable croissance bactérienne se produit sous forme d’amas collants appelés biofilms. La formation de biofilms peut être utile pour l’homme – c’est par exemple un ingrédient essentiel dans la production du thé kombucha. Mais cela est le plus souvent problématique car cela rend plus difficile le contrôle de la croissance bactérienne : lorsque les cellules bactériennes forment un biofilm, celui-ci agit comme un bouclier protecteur contre les envahisseurs extérieurs et rend les bactéries plus tolérantes aux antibiotiques.
Jusqu’à présent, les chercheurs pensaient que les bactéries présentes dans les biofilms étaient disposées de manière plutôt aléatoire, même si la question de la structure du biofilm était envisagée. Mais de nouvelles recherches du laboratoire de Lars Dietrich, professeur de biologie à l’Université de Columbia, montrent que les bactéries qui forment des biofilms ont en réalité un arrangement très structuré au sein de ces matrices visqueuses.
Leur découverte inattendue pourrait ouvrir la voie au développement de nouveaux médicaments plus efficaces contre les bactéries résistantes aux antibiotiques.
“Il existe un compromis yin-yang pour les bactéries qui forment des biofilms, car le biofilm protège contre les antibiotiques et d’autres menaces, mais empêche également les aliments de pénétrer et d’alimenter le système”, a déclaré le professeur Lars Dietrich, l’un des principaux auteurs de l’étude. Étude. “Cette recherche nous fournit une base importante pour comprendre comment nous pouvons influencer la disposition des cellules bactériennes et évaluer comment nous pouvons les rendre plus sensibles aux antibiotiques.”
La nouvelle étude, publiée dans la revue Biologie PLOS, détaille les recherches menées dans le laboratoire du professeur Dietrich sous la supervision de l’étudiante diplômée Hannah Dayton. L’article traitait spécifiquement d’un agent pathogène commun et important appelé Pseudomonas aeruginosa.
L’équipe a utilisé la microscopie électronique à balayage et la microscopie à fluorescence couplées au marquage cellulaire pour mener leurs recherches. C’est ce qu’ils ont découvert P. aeruginosa Les cellules des biofilms sont emballées dans le sens de la longueur et disposées perpendiculairement à leur substrat de croissance, le matériau sur lequel vivent les bactéries et qui contient la substance dont elles ont besoin pour survivre et se développer. Ils ont également découvert que les mutations qui modifient la surface cellulaire de la bactérie perturbent cet arrangement.
Lorsqu’ils ont testé les effets d’un sucre ajouté de manière externe sur un biofilm entièrement formé, ils ont constaté que sa distribution était influencée par l’anatomie du biofilm. Les bactéries mutées dont la disposition cellulaire est perturbée réagissent plus fortement au sucre ajouté ou aux antibiotiques dans certaines zones du biofilm, également appelées sous-zones. Enfin, ils ont montré que les changements dans l’anatomie du biofilm déplacent l’emplacement de l’activité métabolique la plus élevée au sein de la structure.
Prises ensemble, ces observations suggèrent que la microstructure du biofilm est une propriété qui peut être ajustée pour influencer le métabolisme des sous-populations bactériennes résidentes et influencer la survie globale du groupe. Les résultats ont des implications pour nos approches du traitement des infections causées par P. aeruginosa et d’autres agents pathogènes formant un biofilm.
La recherche a été menée en collaboration avec les groupes de recherche de Wei Min, professeur de chimie à Columbia. Raju Tomer, professeur de biologie de Colombie ; Jasmine Nirody, professeur à l’Université de Chicago ; et Anuradha Janakiraman, professeur à la City University of New York (CUNY).
“La disposition des cellules est généralement un aspect sous-estimé de la formation du biofilm”, a déclaré Dayton. « Nous savons désormais que les biofilms permettent aux bactéries de contrôler leur état physiologique et que cela a des implications sur leur survie lors d’un traitement antibiotique. »
“Il s’agit d’un développement prometteur pour le problème dévastateur et croissant des bactéries résistantes aux antibiotiques”, a déclaré Dietrich.