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Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 9678 (2022) Citer cet article

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Chez un hôte humain, les agents pathogènes bactériens Staphylococcus aureus et fongiques Candida albicans forment un biofilm mixte qui provoque une mortalité et une morbidité graves. Cependant, les recherches sur la formation et l’éradication de biofilms mixtes dans des conditions dynamiques font défaut. Ainsi, cette étude a utilisé une technique microfluidique pour analyser la formation en temps réel de biofilms mono- et doubles espèces (S. aureus et C. albicans) et le traitement optique non invasif du biofilm mature établi à l'aide d'une lumière laser de 405 nm. Un mélangeur à chevrons a soigneusement mélangé les cellules bactériennes et fongiques dans le milieu de croissance avant d’être injectées dans les canaux d’observation de la puce microfluidique. À un débit de 1,0 µL/min de milieu de croissance pendant 24 h, la couverture du biofilm bactérien était jusqu'à 15 % supérieure à celle du biofilm fongique (50 % pour les bactéries contre 35 % pour les champignons). D'autre part, le biofilm bi-espèce a donné la couverture la plus élevée, soit environ 96,5 %, en raison de l'interaction collective entre S. aureus et C. albicans. Le nombre d'événements de prolifération cellulaire chez S. aureus était supérieur à celui de C. albicans pendant 12 h, ce qui indique que le biofilm de S. aureus s'est développé plus rapidement que chez C. albicans. La nouvelle plateforme de test in situ a montré un effet bactéricide significatif (80 %) de la lumière laser de 405 nm à 1 080 J/cm2 sur le biofilm établi de S. aureus, alors que le même traitement éliminait environ 69 % des cellules mixtes dans le double -biofilm d'espèce. Cette étude a révélé que la plate-forme microfluidique développée pourrait être utilisée pour surveiller la formation de biofilms à deux espèces en temps réel et les effets antimicrobiens induits par laser sur les biofilms à deux espèces.

Les micro-organismes existent dans des communautés complexes, notamment dans les environnements hôtes, cliniques et industriels1,2. La présence de communautés microbiennes complexes est bénéfique soit pour une, soit pour les deux espèces microbiennes de l’environnement3. En outre, les interactions polymicrobiennes présentent de nombreux avantages, notamment des modifications des réponses immunitaires de l’hôte, de la pathogenèse microbienne et de la virulence4. Les interactions polymicrobiennes dans de nombreux environnements naturels, y compris l'hôte, entraînent la formation de biofilms contenant des microcolonies hétérogènes de cellules microbiennes entourées de substances polymères extracellulaires autoproduites5. Les populations microbiennes du biofilm profitent largement les unes des autres en termes d’échange de nutriments, de métabolites, de molécules de signalisation, de matériel génétique, de résistance aux traitements antimicrobiens et de protection contre les réponses immunologiques de l’hôte6,7,8.

Les infections causées par les biofilms polymicrobiens ont entraîné un taux de mortalité plus élevé (70 %) que celui provoqué par les biofilms mono-espèces9. La majorité des informations sur le processus de formation du biofilm et les caractéristiques de virulence ont été recueillies auprès d’une seule espèce bactérienne9. La plupart des tests de sensibilité aux agents antimicrobiens reposent entièrement sur des cultures de cellules planctoniques mono-espèces, ce qui augmente le risque d’échec du traitement des infections polymicrobiennes10,11. Dans le contexte contemporain, la recherche sur les biofilms polymicrobiens employant des communautés microbiennes multi-espèces présente un intérêt considérable pour déterminer le véritable impact du biofilm polymicrobien sur l’hôte naturel, ainsi que sur les environnements cliniques et industriels4. Les chercheurs se concentrent sur l’interaction entre les champignons et les bactéries pour comprendre les interactions polymicrobiennes à l’échelle inter-royaumes12,13. Les pathogènes fongiques, en particulier Candida albicans, ont fréquemment été co-isolés avec de nombreuses espèces bactériennes pathogènes de la cavité buccale, de la peau et des muqueuses, du tractus gastro-intestinal, des poumons et de la surface vulvo-vaginale14,15. Staphylococcus aureus et C. albicans ont été identifiés ensemble dans diverses maladies associées au biofilm, notamment la fibrose kystique, la kératite, la pneumonie associée à la ventilation, la stomatite liée aux prothèses dentaires, la parodontite, les voies urinaires et les infections de brûlures, comme l'ont examiné Carolus et al.14. S. aureus produit plusieurs facteurs de virulence, notamment des protéases, de l'hémolysine, des leucocidines, des entérotoxines, des molécules immunomodulatrices et une toxine exfoliante16. De même, la pathogénicité de C. albicans présentait divers facteurs de virulence, tels que des changements morphologiques, le développement de biofilms, la production d'adhésine, la libération d'enzymes hydrolytiques et la pénétration de la surface de la cellule hôte4,17.