Instantaneous Clearing of Biofilm (iCBiofilm) : une approche optique pour revisiter l’imagerie des biofilms bactériens et fongiques

May 19, 2024

Biologie des communications volume 6, Numéro d'article : 38 (2023) Citer cet article

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L’imagerie du biofilm entier à une résolution unicellulaire est nécessaire pour l’analyse de l’hétérogénéité cellulaire au niveau du système, l’identification des fonctions clés des composants matriciels et la réponse aux cellules immunitaires et aux antimicrobiens. À cette fin, nous avons développé une méthode d’élimination et d’imagerie du biofilm entier, appelée élimination instantanée du biofilm (iCBiofilm). iCBiofilm est une méthode simple, rapide et efficace impliquant l'immersion d'échantillons de biofilm dans un milieu correspondant à l'indice de réfraction, permettant une imagerie instantanée de l'ensemble du biofilm avec la microscopie confocale à balayage laser. Nous avons également développé un iCBiofilm non fixateur, permettant une imagerie en direct et dynamique du développement du biofilm et des actions des antimicrobiens. iCBiofilm s'applique à l'imagerie multicolore de protéines fluorescentes, de composants matriciels immunocolorés et de cellules marquées par fluorescence dans des biofilms d'une épaisseur de plusieurs centaines de micromètres. iCBiofilm est évolutif des biofilms bactériens aux biofilms fongiques et peut être utilisé pour observer les interactions biofilm-neutrophiles. iCBiofilm représente donc une avancée importante pour examiner la dynamique et les fonctions des biofilms et revisiter la formation de biofilms bactériens et fongiques.

Les biofilms bactériens sont des communautés bactériennes hautement organisées formées sur des surfaces abiotiques ou biotiques et des interfaces air-liquide. Les biofilms bactériens présents à la surface des implants médicaux et des tissus corporels peuvent être résistants aux agents antimicrobiens et aux systèmes de défense de l'hôte, notamment les phagocytes, les compléments et les peptides antimicrobiens. Ce phénomène provoque diverses maladies infectieuses humaines chroniques, telles que les infections sanguines liées aux cathéters, les infections des voies urinaires et les endocardites1,2,3. La formation de biofilm en milieu clinique entraîne donc une morbidité et une mortalité accrues, imposant un fardeau financier important au système de santé. De plus, les biofilms peuvent engendrer des problèmes logistiques dans les opérations techniques, comme ceux rencontrés lors de la maintenance des systèmes de distribution d’eau potable4. Cependant, les biofilms possèdent également des caractéristiques bénéfiques pour l’industrie humaine, telles que celles exploitées par la production d’aliments fermentés, les processus de bioconversion de composés organiques et le traitement des eaux usées5. Le développement de stratégies innovantes pour le contrôle et l’analyse de la formation de biofilms est donc important pour divers domaines.

On pense que les cellules bactériennes des biofilms sont enfermées dans une matrice généralement autoproduite comprenant des substances polymères extracellulaires (EPS) telles que des protéines, des polysaccharides et/ou de l'ADN extracellulaire6. L’EPS joue divers rôles dans la formation et le maintien des structures de biofilm via la stimulation de la cohésion microbe-microbe et de l’adhésion microbe-surface6. Cependant, les distributions tridimensionnelles des composants de la matrice du biofilm et les propriétés hétérogènes des cellules bactériennes intégrées ne sont pas entièrement comprises. De plus, l’hétérogénéité ou la différenciation cellulaire dans les biofilms est un concept communément accepté, mais des preuves directes à l’échelle microscopique ont été difficiles à obtenir dans le cas de biofilms épais.

Le développement de stratégies permettant une visualisation rapide et efficace des biofilms est donc nécessaire pour mieux comprendre leurs structures et fonctions, y compris les interactions avec d’autres microbes et l’hôte et les réponses aux antimicrobiens. Alors que la microscopie optique (OM) telle que la microscopie confocale à balayage laser (CLSM) et la microscopie à feuille de lumière combinées à des sondes à fluorescence ont permis aux chercheurs d'étudier l'architecture tridimensionnelle des biofilms et d'apporter une contribution substantielle à la compréhension actuelle des biofilms7,8,9 ,10, l’imagerie de biofilms épais au niveau d’une seule cellule reste un défi, car la pénétration de la lumière dans les régions plus profondes est limitée lors de l’utilisation des techniques OM conventionnelles. De plus, le CLSM standard utilisant une lentille à immersion dans l’eau a permis une imagerie en direct à résolution unicellulaire d’un biofilm Vibrio choléra11,12. Cette méthode peut être applicable à l’imagerie d’autres biofilms bactériens.