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Catégorie : Soutenances de thèse et de HDR

Mardi 1er octobre 2019 : Soutenance de thèse de Elena YUNDA : Conception de surfaces chimio-structurées pour l'étude de l'adhésion bactérienne et la formation contrôlée des biofilms bactériens

Elena YUNDA Doctorante au sein de l'équipe "Nanomatériaux et Santé" de l'Institut Jean Lamour, soutient sa thèse intitulée :

"Conception de surfaces chimio-structurées pour l'étude de l'adhésion bactérienne et la formation contrôlée des biofilms bactériens"

 

Date et lieu :
Mardi 1er octobre 2019 à 10h00
Faculté des Sciences et Technologies
Vandœuvre-lès-Nancy
Amphithéâtre 7

 

 

Composition du jury :

Directrice de thèse :

- Fabienne QUILES
  Chargée de Recherche, CNRS, Nancy

Co-directrice de thèse :

- Halima ALEM-MARCHAND
Maître de conférences,Institut Jean Lamour, Université de Lorraine, Membre Junior Institut Universitaire de France

Examinateurs :

- Karine GLINEL
Professeure, Université catholique de Louvain, Louvain-la-Neuve

- Frédéric BORGES
Maître de conférences, Université de Lorraine, Nancy

Rapporteurs :

- Sophie LECOMTE
Directrice de recherche, CNRS, Bordeaux

- Yves BLACHE
  Professeur, Université de Toulon, Toulon

 

Résumé :
La formation de biofilms avec des bactéries pathogènes est un problème important, particulièrement dans les secteurs médicaux et agro-alimentaires. Ils sont associés à des risques sanitaires ainsi qu’à des pertes économiques. La formation contrôlée de biofilms du probiotique Lactobacillus rhamnosus GG (LGG) est sélectionnée ici comme méthode potentielle pour prévenir la contamination de surfaces par des bactéries pathogènes. Nous avons donc étudié le développement de biofilms de LGG ainsi que leur possible contrôle en combinant des approches physico-chimiques et de fonctionnalisation de surface. L’impact des conditions environnementales sur la cinétique de croissance des biofilms et sur leur composition biochimique a été analysé par des mesures in situ et en temps réel par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier en réflexion totale atténuée (ATR-FTIR) sous conditions de flux. Ces données ont été complétées par des images de microscopie en épifluorescence permettant d’obtenir des informations sur la distribution et la forme des cellules bactériennes sur la surface à des étapes clé du développement du biofilm. Compatible avec les mesures ATR-FTIR, un cristal de séléniure de zinc (ZnSe) a été choisi comme substrat, nu ou fonctionnalisé avec des monocouches auto-assemblées d’alcane-thiols (SAMs). Différents groupes fonctionnels ont été étudiés : méthyl (-CH3), hydroxyle (-OH) ou amine (-NH2) pour obtenir respectivement des substrats hydrophobe, hydrophile ou chargé positivement. Une étude physico-chimique approfondie de la surface du ZnSe, des SAMs et de leur impact sur la croissance des biofilms cultivés de LGG a été successivement effectuée. La cinétique d’auto-assemblage des SAMs, leur organisation et l’énergie de surface ont été étudiées en combinant ATR-FTIR, spectroscopie de rétrodiffusion de Rutherford à hautes énergies et mesures d’angles de contact. Les résultats ont été comparés avec ceux des SAMs formées sur un cristal de ZnSe couvert d’une couche d’or, déjà largement décrits dans la littérature. Des surfaces chimiquement bien contrôlées ont été obtenues sur les deux types de substrat, sur lesquels le comportement des bactéries a été similaire lors de la croissance des biofilms. L’analyse des spectres ATR-FTIR des biofilms de LGG enregistrés pendant 24 heures a montré un rôle important du milieu nutritif sur la composition biochimique et le métabolisme bactériens. Le recouvrement de surface par les bactéries et la forme des cellules de LGG sont aussi affectés par les conditions nutritives. Les propriétés du substrat ont un impact faible sur la composition biochimique et la forme des cellules de LGG, mais ont un rôle crucial sur la force d’attachement des biofilms. Les forces d’adhésion entre LGG et la surface fonctionnelle sont croissantes dans l’ordre : OH < -CH3 << -NH3+. Des conditions de stress mécanique ont ainsi provoqué un lessivage complet des biofilms cultivés sur les SAMs avec les fonctions -OH et -CH3, contrairement au NH3+ qui permet une adhésion bactérienne importante. Sur ce substrat, les cellules n’étaient pas endommagées et le recouvrement total de la surface a été observé après 26,5 heures de croissance. Dans un dernier temps, la capacité de LGG à empêcher la croissance de biofilms pathogènes a été estimée avec une souche d’Escherichia coli. Les résultats d’essais préliminaires ont montré la pénétration d’E. coli dans le biofilm de LGG. Ce résultat suggère des mécanismes plus complexes d’action anti-pathogène de LGG que de simples propriétés anti-adhésives. Finalement, ce travail a fourni des informations sur l’influence de l’environnement, et particulièrement des caractéristiques du support, sur les propriétés des biofilms aux échelles moléculaire et cellulaire. Nous avons mis en évidence les capacités de la méthode ATR-FTIR dans le domaine de la recherche sur l’adhésion bactérienne à travers le développement de substrats dont les propriétés de surface sont contrôlées.

Mots clés : biofilms, self-assembled monolayers, infrared spectroscopy, Lactobacillus rhamnosus GG,  surface functionalization, in situ characterization