Publié le 2025-10-30 16:25:00. Des chercheurs de Caltech ont développé une nouvelle méthode d’imagerie pour observer le comportement des cellules au sein des biofilms, ces colonies bactériennes tenaces souvent responsables d’infections résistantes aux traitements. Cette avancée pourrait éclairer les mécanismes complexes qui régissent la croissance et la défense de ces structures, ouvrant de nouvelles pistes pour lutter contre les infections chroniques.
- Une technique de marquage fluorescent du milieu de culture, plutôt que des cellules elles-mêmes, permet d’observer les biofilms même dans des conditions anaérobies (sans oxygène).
- Cette approche, combinée à un algorithme d’analyse, permet de suivre la croissance et la dynamique cellulaire sur plusieurs jours, offrant une vision inédite du fonctionnement interne des biofilms.
- Les travaux ont permis de visualiser pour la première fois la mort cellulaire ciblée au sein d’un biofilm, une stratégie que les bactéries utilisent pour construire leur matrice protectrice.
Les biofilms, ces agglomérats microbiens collants, sont bien plus que la somme de leurs parties. Ils développent des propriétés collectives, comme une matrice protectrice qui les rend particulièrement résistants aux antibiotiques. Comprendre comment les cellules individuelles collaborent pour bâtir ces défenses est un défi majeur pour la recherche médicale. La méthode mise au point par Georgia Squyres, chercheuse postdoctorale sous la direction de Dianne Newman, professeure au California Institute of Technology (Caltech), promet de lever le voile sur ces interactions.
Traditionnellement, l’imagerie biologique s’appuie sur des protéines fluorescentes. Cependant, ces marqueurs nécessitent de l’oxygène pour fonctionner, un élément souvent absent au cœur des biofilms. L’équipe de Caltech a donc opté pour une approche novatrice : un colorant peu coûteux et non toxique, appliqué au milieu de culture. Ce choix permet de rendre les cellules visibles par contraste sur un fond clair, et ce, même dans les zones les plus profondes du biofilm. Cette technique, particulièrement efficace pour un suivi haute résolution sur de longues périodes, a été appliquée à l’étude de *Pseudomonas aeruginosa*, un pathogène fréquemment impliqué dans des infections.
Grâce à cette nouvelle méthode, Georgia Squyres a pu observer un phénomène jusqu’alors mal compris : le sacrifice de certaines cellules pour le bien collectif du biofilm. Les cellules lysées (qui explosent) libèrent de l’ADN extracellulaire (ADNe). Cet ADNe est un composant essentiel de la matrice du biofilm, assurant la cohésion des cellules, la stabilité structurelle et retenant des nutriments vitaux. Il agit également comme un piège pour certains antibiotiques, les empêchant d’atteindre leur cible. L’étude a révélé que sur environ 10 000 cellules, une seule subit une lyse par heure, et que ces cellules sacrificielles se situent à des emplacements stratégiques, influencés par les gradients de nutriments comme le carbone et l’oxygène. Cartographier ces événements de lyse a permis de comprendre comment la matrice d’ADNe se forme et confère au biofilm ses propriétés uniques.
« Ce que Georgia a accompli a présenté des défis techniques à plusieurs niveaux et représente une réussite majeure. Mais au-delà de la technique, ce qui m’impressionne, c’est sa vision de ce qu’il faut en faire. En exploitant les caractéristiques uniques des biofilms bactériens, elle pose des questions qui ouvrent de nouvelles frontières en biologie du développement et cellulaire. »
Dianne Newman, professeure Gordon M. Binder/Amgen de biologie et géobiologie, et professeure au Merkin Institute.
« La tolérance aux antibiotiques dans les biofilms est coordonnée par les cellules individuelles, et j’espère que ce travail fournira un nouveau cadre pour étudier leur comportement », souligne Georgia Squyres.
La chercheuse envisage désormais d’affiner ces techniques d’imagerie pour explorer d’autres composants de la matrice extracellulaire et leurs interactions. L’étude, intitulée « Morphogenèse des modèles de lyse unicellulaire de l’ADNe dans la matrice de Pseudomonas aeruginosa biofilm », a bénéficié du soutien de l’Institut de durabilité Resnick à Caltech, de la Damon Runyon Cancer Research Foundation et des National Institutes of Health.