Bactériophages et biofilm

Les biofilms constituent une adaptation extrêmement courante qui permet aux bactéries de coloniser des environnements hostiles. Ils présentent des défis uniques pour les antibiotiques et les biocides, en raison à la fois de la nature de la matrice extracellulaire et de la présence de cellules persistantes métaboliquement inactives au sein du biofilm. De tels produits chimiques peuvent être très efficaces contre les cellules bactériennes planctoniques tout en restant essentiellement inefficaces contre les biofilms. En revanche, les bactériophages semblent avoir une plus grande capacité à combattre cette forme répandue de croissance bactérienne. La forte densité de bactéries dans les biofilms facilite l’action des bactériophages en permettant une infection rapide et efficace de l’hôte et une amplification subséquente du bactériophage. Les bactériophages possèdent également un ensemble de propriétés qui rendent les biofilms sensibles à leur action. Ils sont connus pour produire (ou peuvent induire) des enzymes qui dégradent la matrice extracellulaire. Ils sont également capables d’infecter les cellules persistantes qui restent dormantes en leur sein mais qui sont réactivées lorsqu’elles deviennent métaboliquement actives. Certains biofilms cultivés semblent également mieux à même de soutenir la réplication des bactériophages que des systèmes planctoniques comparables. Il n’est peut-être pas surprenant que les bactériophages, en tant que prédateurs naturels des bactéries, possèdent la capacité de combattre cette forme courante de vie bactérienne.

Dans les premières études démontrant le potentiel des bactériophages pour le contrôle des biofilms, Hanlon et al. [24] ont constaté que les bactériophages de Pseudomonas aeruginosa pouvaient détruire les bactéries dans un biofilm mature (âgé de 20 jours) et (peut-être de manière surprenante compte tenu de leur taille) pouvaient même diffuser à travers le gel d’alginate le plus épais (12 %) étudié, bien que la diffusion soit plus lente qu’à travers des gels d’alginate plus fins. Hanlon a également observé que les bactériophages étudiés pouvaient dégrader directement le polymère d’alginate, apparemment via une activité enzymatique portée par le bactériophage, bien que celle-ci n’ait pas été identifiée. Quelle que soit l’activité, elle différait significativement des protéines de pointe de queue hautement restreintes.

Sillankorva et al. ont utilisé des bactériophages provenant à la fois de Pseudomonas fluorescens et de Staphylococcus lentus, démontrant la réduction efficace de biofilms mono-espèces et mixtes à l’aide de ces agents. Les deux bactériophages ont été entièrement séquencés, et il a été démontré qu’aucun ne codait pour une polysaccharide dépolymérase (bien que le bactériophage de Pseudomonas fluorescens codait pour une endopeptidase). De même, Doolittle et al. [25] ont montré que le bactériophage T4 d’Escherichia coli se propage efficacement à travers un biofilm, même s’il ne code pour aucune autre polysaccharide dépolymérase à l’exception d’une protéine de pointe de queue très restreinte qui n’est libérée de la queue du bactériophage que lors de la pénétration de la cellule hôte. Cependant, Doolittle et al. [25] ont également travaillé avec le bactériophage E79 de Pseudomonas aeruginosa et ont montré qu’il était moins efficace pour pénétrer les biofilms que T4.

Bien qu’il soit clair que les bactériophages naturels peuvent pénétrer les biofilms même lorsqu’ils ne produisent pas de polysaccharides dépolymérases (ou lorsque celles-ci ont une fonction très limitée), toutes les études n’ont pas montré une infection efficace au sein des biofilms, et certains chercheurs continuent de croire que les enzymes dégradant les EPS sont nécessaires pour les applications sur biofilms.

Tait et al. ont rapporté qu’un mélange de trois bactériophages pouvait éliminer complètement un biofilm mono-espèce, mais que cela était moins efficace lorsque d’autres espèces bactériennes insensibles étaient présentes. Kay et al. [27] ont également montré que les biofilms mixtes peuvent diminuer l’efficacité des bactériophages. Néanmoins, Sillankorva et al. [1] ont démontré que l’efficacité dans les biofilms modèles peut être élevée même lorsqu’un bactériophage cible une seule espèce bactérienne, affirmant que « les phages peuvent être adoptés comme méthode pour tuer une bactérie spécifique même lorsque son hôte vit dans un consortium mixte ». Sillankorva et al. [1] ont également montré que les biofilms matures (âgés de sept jours) peuvent être efficacement contrôlés à l’aide de bactériophages.

Il est donc clair que les bactériophages naturels peuvent et expriment souvent des enzymes capables de perturber les biofilms, mais que celles-ci ne semblent pas essentielles pour l’infectivité dans cette situation. Le potentiel d’induction de telles enzymes à partir du génome hôte est, bien entendu, beaucoup plus difficile à identifier.

Les bactériophages possèdent des propriétés uniques et montrent un grand potentiel dans le contrôle des biofilms. Cependant, de telles applications sont encore en évolution, et les applications à grande échelle sont encore en cours de développement. Par conséquent, l’identification des approches les plus efficaces doit actuellement rester spéculative. Au fil du temps, et à mesure que davantage de résultats seront publiés, les meilleures pratiques pour de telles applications émergeront naturellement.

Traduction de la source :
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4790368/
Bacteriophages and Biofilms
David R. Harper, Helena M. R. T. Parracho, James Walker, Richard Sharp, Gavin Hughes, Maria Werthén, Susan Lehman, and Sandra Morales1