Biofilms : une microbiologie de surface à déchiffrer

Création d’un pôle de recherche national à implantation régionale (PNIR)

Toute surface plongée dans un milieu humide non stérile se recouvre de micro-organismes qui forment un biofilm. Dans certains secteurs, la lutte est continuelle contre ces formations : industrie navale, agrolimentaire, distribution d’eau potable, domaine hospitalier Le CNRS et 16 universités ou instituts ont créé un pôle de recherche national à implantation régionale (PNIR) « Biofilms» afin de regrouper la communauté scientifique engagée sur les problématiques liées aux biofilms, proposer des réponses concrètes mais aussi développer l’exploitation de leurs effets positifs.

Les biofilms sont le résultat de la fixation et du développement de micro-organismes sur les surfaces, ou interfaces, exposées à des environnements humides non stériles. Les micro-organismes fixés synthétisent des polymères et forment ainsi des films de quelques micromètres à quelques millimètres d’épaisseur, totalement différents du milieu environnant et régis par une organisation interne complexe. Au sein des biofilms, les micro-organismes développent des caractéristiques propres qui échappent en grande partie aux méthodes d’investigation de la microbiologie traditionnelle en solution : modifications structurales, production d’exopolymères, communication chimique…

Les biofilms sont ubiquitaires : ils colonisent les sols, les rivières, les végétaux et les organismes vivants supérieurs. Dans de nombreux cas, ils ont des effets positifs et même vitaux : biofilms physiologiques impliqués dans la colonisation du tractus intestinal ou de la surface des racines et des feuilles de plantes, agents géochimiques agissant dans la formation ou l’altération des minéraux

En contrepartie, ils sont de plus en plus souvent identifiés comme la source de lourds problèmes industriels et sociétaux : dégradation des installations portuaires, formation de biosalissures sur les coques de navires, accélération de phénomènes de corrosion, contamination des équipements des industries agroalimentaires et des réseaux de distribution d’eau potable… Les biofilms formés sur les parois des réseaux d’eau chaude et de conditionnement d’air sont le lieu privilégié d’accumulation d’espèces pathogènes (Legionella, amibes…) qui peuvent ensuite contaminer l’environnement. En milieu hospitalier, la colonisation de la surface des implants, des cathéters ou des salles d’intervention est à l’origine d’environ 60% des infections nosocomiales.

Déchiffrer la complexité des biofilms pour répondre aux interrogations de plus en plus pressantes de la société et des acteurs industriels, offrir des solutions aux questions d’hygiène publique, diminuer le coût des biodégradations, exigent de développer une «microbiologie des surfaces» en croisant les compétences de très nombreux domaines complémentaires : biologie et microbiologie, chimie des solutions et physico-chimie des surfaces, géologie et hydrologie, sciences des matériaux, hydrodynamique et ingénierie… Pour relever ce défi, le PNIR « Biofilms» a pour objectif de fédérer au plan national les équipes de recherche du CNRS impliquées dans la thématique(1), mutualiser les savoirs et les moyens, et capitaliser les acquis sur le long terme. Le PNIR « Biofilms » réunit une vingtaine de laboratoires et leurs 16 tutelles(2). L’université Henri Poincaré de Nancy assurera la présidence du Comité d’administration de ce pôle. Il s’appuiera en particulier sur des plates-formes expérimentales installées en région pour coordonner au niveau national les actions régionales. Outre la réalisation d’avancées conceptuelles et leur valorisation, le PNIR a également vocation à accroître la visibilité internationale du potentiel et des compétences des laboratoires, et à faciliter l’accès aux équipes de recherche pour les industriels, les collectivités locales et les institutions.

Bactérie en cours de division : souche d’Escherichia coli capable de coloniser la surface des matériaux grâce à la surproduction d’appendices d’adhérence (Equipe “Biofilms”, Laboratoire Microbiologie et génétique, CNRS – INSA de Lyon) © CNRS UMR5122

Notes :
(1) Elles concernent notamment les Sciences pour l’ingénieur (SPI), Sciences de la vie (SDV), Sciences de l’univers (SDU) et Sciences chimiques (SC).

(2) Le pôle résulte d’un accord de coopération entre le CNRS et 16 établissements de tutelle : l’Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris, l’Institut National Polytechnique de Lorraine, l’Institut National Polytechnique de Toulouse, l’Institut National des Sciences Appliquées de Lyon, l’Institut National des Sciences Appliquées de Rouen, l’Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse, l’Institut Pasteur, le CEA, l’Université Paul Cézanne (Aix-Marseille 3), l’Université Claude Bernard (Lyon 1), l’Université Henri Poincaré (Nancy 1), l’Université de la Méditerranée (Aix-Marseille 2), l’Université Paul Sabatier (Toulouse 3), l’Université de Poitiers, l’Université de Rouen, l’Université de Technologie de Compiègne.