Pourquoi les germes hospitaliers se lient-ils plus fortement à certaines surfaces qu'à d'autres ? Cette équipe de microbiologistes de l’Université de la Sarre vient de décrypter le mécanisme d'adhérence des microbes sur les différentes surfaces de l’environnement. Ses travaux, présentés dans la revue Nanoscale montrent comment et pourquoi la bactérie Staphylococcus aureus se lie aux surfaces hydrophobes plutôt qu’aux surfaces hydrophiles.
Ces résultats d'étude physique, expérimentale et théorique, vont permettre d’améliorer les surfaces antibactériennes et donc de réduire l’incidence de ces infections. Parmi les causes les plus fréquentes d’infections nosocomiales, ou contractées par les patients lors d'une hospitalisation, figure la bactérie Staphylococcus aureus. Un agent pathogène particulièrement problématique car il peut former des biofilms robustes sur des surfaces à la fois naturelles et artificielles qui sont très difficiles à éliminer. « Les bactéries individuelles de ces biofilms sont très résistantes aux antibiotiques ou au système immunitaire humain. C'est pourquoi leur colonisation est si dangereuse », explique l’auteur principal, Karin Jacobs, professeur de physique à l'Université de la Sarre.
Objectif prioritaire : empêcher la formation de biofilms
Pour pouvoir contrer la croissance du biofilm, il est nécessaire de comprendre les mécanismes par lesquels les bactéries adhèrent à différents matériaux ou types de surfaces. À l'aide d'un microscope à force atomique (AFM pour Atomic Force Microscopy), les scientifiques ont placé ces minuscules cellules bactériennes sur différents types de surfaces, puis ont déterminé la force nécessaire pour séparer les cellules adhérentes de la surface.
Cette configuration expérimentale a permis aux chercheurs d'enregistrer ce que l'on appelle des courbes force-distance. Les chercheurs ont utilisé des surfaces de silicium extrêmement lisses comme surfaces modèles. Les surfaces de silicium ont été préparées de manière à avoir une mouillabilité élevée à l'eau ; dans une autre série d'expériences, pour être hautement hydrophobes. Ces expériences montrent que :
- les cellules bactériennes adhèrent bien plus fortement aux surfaces hydrophobes, qu'aux surfaces hydrophiles (mouillables à l'eau) ;
- sur les surfaces hydrophobes, les courbes force-distance sont lisses avec un petit creux caractéristique ; sur les surfaces hydrophiles, en revanche, les courbes force-distance sont très irrégulières.
Un modèle pour comprendre la dynamique de ces systèmes complexes : le modèle adopté traite la cellule bactérienne comme une sphère rigide et les molécules de la paroi cellulaire qui fixent la cellule à la surface comme de minuscules ressorts. Ce modèle permet d’expliquer pourquoi les cellules bactériennes se comportent si différemment sur les différents types de surfaces :
- sur les surfaces hydrophobes, un grand nombre de protéines de la paroi cellulaire adhèrent à la surface, ce qui entraîne une forte force de liaison et explique la courbe force-distance lisse ;
- sur une surface hydrophile, beaucoup moins de protéines de la paroi cellulaire sont impliquées dans la fixation de la bactérie à la surface. En conséquence, les bactéries sont moins fortement retenues à la surface et la forme de la courbe force-distance est moins uniforme. Au final, les bactéries se lient moins fortement aux surfaces hydrophiles.
Préférer les surfaces hydrophiles ! Une surface hydrophile réduit ainsi le nombre de protéines de la paroi cellulaire impliquées dans le processus de liaison ou d’adhérence de la bactérie à la surface.
Ces molécules doivent en effet d'abord surmonter la barrière de l’eau, ce qui réduit efficacement le nombre de macromolécules protéiques qui attachent la cellule à la surface.
Source: Nanoscale DOI: 10.1039/d0nr03134h Different binding mechanisms of Staphylococcus aureus to hydrophobic and hydrophilic surfaces
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