Bactériophages et biofilm

Les biofilms constituent une adaptation extrêmement courante qui permet aux bactéries de s’établir dans des environnements hostiles. Ils posent des problèmes uniques pour les antibiotiques et les biocides, qui sont liés à la fois à la nature de la matrice extracellulaire et à 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 étant essentiellement inefficaces contre les biofilms. En revanche, les bactériophages semblent avoir une plus grande capacité à combattre cette forme répandue de croissance bactérienne. Le nombre élevé de bactéries dans les biofilms facilite l’action des bactériophages en permettant une infection rapide et efficace de l’hôte et l’amplification subséquente du bactériophage. Les bactériophages possèdent également un certain nombre de propriétés qui rendent les biofilms sensibles à leur action. Il est connu qu’ils produisent (ou peuvent induire) des enzymes qui dégradent la matrice extracellulaire. Ils sont également capables d’infecter les cellules persistantes qui y sont en dormance, mais qui se réactivent 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 répandue de vie bactérienne.

Dans les premières études ayant pu démontrer le potentiel des bactériophages pour le contrôle des biofilms, Hanlon et al. [24] ont découvert que les bactériophages de Pseudomonas aeruginosa détruisaient 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 ait été plus lente qu’à travers des gels d’alginate plus minces. 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. Indépendamment de l’activité, elle différait nettement des protéines de pointe de queue fortement restreintes.

Sillankorva et al. ont utilisé des bactériophages de Pseudomonas fluorescens et de Staphylococcus lentus et ont démontré la réduction efficace de biofilms d’espèces uniques et mixtes avec ces agents. Les deux bactériophages ont été entièrement séquencés, et il a pu être démontré qu’aucun des deux 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 Escherichia coli T4 se propage efficacement à travers un biofilm, bien qu’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 que celui-ci était moins efficace que T4 pour pénétrer les biofilms.

Bien qu’il soit clair que les bactériophages naturels peuvent pénétrer les biofilms même lorsqu’ils ne produisent pas de polysaccharide dépolymérases (ou lorsque celles-ci ont une fonction très restreinte), 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 pourrait éliminer complètement un biofilm d’une seule espèce, mais que cela serait moins efficace en présence d’autres espèces bactériennes non sensibles. Kay et al. [27] ont également montré que les biofilms mixtes peuvent réduire l’efficacité des bactériophages. Néanmoins, Sillankorva et al. [1] ont montré que l’efficacité dans les biofilms modèles peut être élevée, même lorsqu’un bactériophage cible une seule espèce bactérienne, et ont déclaré que « les phages peuvent être considérés comme une méthode pour éliminer une bactérie spécifique, même si 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 combattus à l’aide de bactériophages.

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

Les bactériophages possèdent des propriétés uniques et sont très prometteurs pour le contrôle des biofilms. Cependant, de telles applications sont encore en développement, et les applications à grande échelle sont encore en cours d’élaboration. Par conséquent, l’identification des approches les plus efficaces doit actuellement rester de nature spéculative. Avec le temps et la publication de résultats supplémentaires, les meilleures pratiques pour de telles applications se cristalliseront 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