Towards a better understanding of clinical bacterial biofilms tolerance towards antibiotics

Les bactéries sont des microorganismes capables de se développer et de proliférer indépendamment les uns des autres en milieu liquide. Mais dès qu’une surface se présente, biotique ou abiotique, les bactéries privilégient un « mode de vie en communauté » pour se protéger des agressions externes et survivre aux environnements hostiles. Ces biostructures, appelées biofilms, sont présentes dans tous les environnements naturels, y compris chez l’Homme où elles peuvent être à l’origine d’infections chroniques lorsqu’elles hébergent des germes pathogènes. Il est aujourd’hui admis que de tels édifices biologiques perdurent sous l’action des antibiotiques. Outre le très médiatique phénomène de résistance qui trouve son origine dans des mutations génétiques bactériennes, la tolérance, quant à elle, provient des spécificités de la structure et de la physiologie des bactéries organisées en biofilms. C’est dans ce contexte que s’inscrit ce travail de thèse qui vise à mieux comprendre les mécanismes sous-jacents au manque d’efficacité d’antibiotiques (vancomycine,daptomycine, rifampicine) vis-à-vis des biofilms de S. aureus, en s’appuyant notamment sur des techniques innovantes d’imagerie à résolution micro-nanométrique. Nous avons mis au point un modèle d’infections sur prothèse vasculaire implantable chez la souris qui a permis une toute première visualisation par imagerie de fluorescence de biofilms formés in vivo et soumis à l’action des antibiotiques mais aussi de montrer leur activité limitée. Nous nous sommes ensuite attachés à une meilleure compréhension de la tolérance aux antibiotiques de biofilms bactériens de S. aureus. Pour ce faire, nos études ont porté, d’une part, sur le rôle de la matrice extracellulaire et, d’autre part, sur le rôle de la physiologie des bactéries incluses en biofilm. Il a ainsi été mis en évidence le rôle crucial de la fluidité membranaire. Ces travaux nous ont alors permis de dégager des pistes pour améliorer l’antibiothérapie disponible mais aussi développer des alternatives à ce type de traitement.Bacteria are microorganisms capable of growing independently in liquid media. However, as soon as they encounter a surface, either biotic or abiotic, bacteria favour a "community living" to protect themselves from external aggressions and survive in hostile environments. These bacterial communities, named biofilms, are present in all natural environments, including humans where they can cause severe infections when hosting pathogenic germs. It is now accepted that such biological edifices persist under antibiotics action. In addition to antibiotic 'resistance', which is associated with genetic mutations of bacteria, 'tolerance' is related with the specific structure and physiology of bacteria organized in biofilms. In this context, we took benefit from innovative high-resolution imaging techniques to better understand the mechanisms underlying antibiotics (vancomycin, daptomycin, rifampicin) (in)efficacy within S. aureus biofilms. In addition, we developed a model for prosthetic vascular graft infections in mice that allowed the visualization by fluorescence imaging of biofilms formed in vivo and subjected to the action of antibiotics. Considering the very limited antibiotics efficacy observed, we then focused on a better understanding of S. aureus bacterial biofilms tolerance towards antibiotics. To this purpose, our work was focused on the role of both the extracellular matrix and the physiology of bacteria included in biofilms. The crucial role of membrane fluidity was then demonstrated. This work allowed us to identify paths for the improvement of antibiotic therapy and to develop alternatives to this type of treatment