Soutenance mémoire
La croissance des microorganismes est classiquement décrite selon 2 modalités : des cellules isolées indépendantes ou des agrégats sessiles. Le premier, mieux connu correspond au mode planctonique, le second au biofilm. Le biofilm peut être défini comme une communauté de microorganismes attachés à un support immergé et entourés d’une matrice extra cellulaire auto-induite (1). Les microorganismes organisés en biofilm vont présenter des propriétés particulières. Il s’agit de particularités en termes d’expressions de gênes, de persistance que de tolérance aux facteurs délétères. De ce fait, les conséquences de ce mode de vie vont se manifester dans des domaines aussi divers et variés que le milieu aquatique, le domaine industriel, ou encore le secteur biomédical (2). Ainsi, en milieu aquatique, la formation de biofilm sur des surfaces immergées conduit au phénomène dit de biofouling ou biosalissure. Il correspond à la colonisation de surfaces inertes ou immergées par des organismes vivants. Ce phénomène peut avoir des conséquences négatives tant sur le plan économique qu’environnemental : augmentation de la consommation en carburant des navires, accélération de la corrosion, introduction d’espèces invasives, diminution de la production en aquaculture etc (3). Dans le secteur biomédical, les impacts sont également nombreux. En effet, si les infections aigües sont classiquement considérées comme dues au mode de vie planctonique des microorganismes, les infections chroniques et récidivantes seraient principalement dues à la formation de biofilms (1). De plus, par la colonisation du matériel et des dispositifs médicaux, la formation des biofilms va être une cause importante d’infections nosocomiales (4). La production industrielle, les réseaux d’adduction d’eau potable ne sont pas en reste en ce qui concerne les conséquences de la formation de biofilms. Face aux problèmes posés sur les activités humaines, il est apparu nécessaire de développer des stratégies de lutte efficaces contre les biofilms. Dans la mesure du possible, il serait opportun que celles-ci soient non toxiques aussi bien pour l’homme que pour l’environnement, et ce, tant en ce qui concerne leur processus de préparation que leur mécanisme d’action. Si, dans le milieu maritime, il a existé des solutions antifouling avec des peintures à base d’étain, celles-ci sont maintenant interdites du fait de leur impact négatif sur l’environnement (5). Dans le domaine médical, les anti-infectieux classiques s’avérant peu efficaces en cas de formation d’un biofilm, il existe peu de solutions adaptées à ce phénomène . Le besoin se fait également sentir dans le milieu industriel et de façon générale, dans toutes les activités humaines pouvant subir l’impact de ce phénomène.
Les biofilms
Un biofilm est une structure complexe constituée de microorganismes et d’une matrice extra-cellulaire auto-induite. Ce mode de vie est connu depuis très longtemps. En effet, dès le XVIIème siècle, Van Leeuwenhoek décrivait des bactéries sessiles grâce à l’observation de la plaque dentaire (11). Si le terme biofilm est apparu pour la première fois en 1961 en URSS (12), les recherches sur la question sont longtemps restées relativement peu développées, portant uniquement sur des questions environnementales et sur l’odontologie et encore, de façon relativement limitée. L’évolution des techniques a permis de comprendre qu’il s’agit à la réalité du mode de vie préférentiel des microorganismes et qu’il est rencontré dans tous les environnements. Elle a également permis de mieux appréhender les processus spécifiques liés à ce mode de vie et comment il est impliqué dans divers phénomènes ayant un impact sur les activités humaines (biofouling, infections chroniques et récidivantes entre autres). Ces 20 dernières années ont ainsi connu une importante croissance du nombre de travaux sur cette thématique (1,13,14).
Il a de fait été possible de connaître plus en détail la constitution de ces biofilms, comment ils s’établissent et quelles sont les propriétés particulières conférées par ce mode de vie aux microorganismes qui le constituent. Ces propriétés peuvent parfois être exploitées, mais sont aussi à l’origine de problèmes spécifiques nécessitant la mise en place de stratégies de lutte adaptées.
Organisation du biofilm
Constituants d’un biofilm
Un biofilm est essentiellement constitué de microcolonies de microorganismes entourées d’une matrice extracellulaire, celle-ci constituant environ 85% du biofilm. Différents types de microorganismes peuvent former un biofilm : bactéries, mais également levures ou encore archées. (12, 13) Ces biofilms peuvent être monospécifiques (avec une seule espèce de microorganismes) ou multispécifiques. La matrice extracellulaire quant à elle est constituée de différents éléments : eau, exopolysaccharides, acides nucléiques extra-cellulaires, protéines. Leurs proportions relatives varient en fonction de paramètres aussi divers que les microorganismes en présence, la maturité du biofilm, l’environnement, le support (15–17).
Formation du biofilm
Bien que le mode de vie planctonique soit le plus étudié et permette un taux de croissance plus élevé (17), les biofilms seraient prédominants dans l’environnement. En effet, les conditions de laboratoire, favorables au développement rapide des microorganismes faciliterait le mode de vie planctonique. Mais en environnement non contrôlé, la formation de biofilms serait favorisée pour 4 raisons essentielles :
– Défense : la formation de biofilm serait une réponse aux stress environnementaux (flux sanguin, salive, courants marins etc.)
– Colonisation : en biofilm, les microorganismes peuvent atteindre des niches plus favorables, riches en nutriments et s’y maintenir durablement
– Le mode de vie sessile serait le mode de développement par défaut de certaines bactéries, du fait de conditions particulièrement défavorables de leur niche écologique naturelle (cas des streptocoques oraux) (18)
– La recherche de la vie en communauté, avec à la clé, les avantages suivants
• Répartition des fonctions métaboliques
• Facilitation du transfert de gènes
• Coopération
Pré-conditionnement de la surface
La formation du biofilm nécessite une préparation physico-chimique de la surface à coloniser par adsorption de molécules organiques et inorganiques du milieu, formant un film primaire. Elles apportent ainsi une plus grande concentration en nutriments et facilite l’attachement ultérieur des micro-organismes à la surface. Pour cette étape, les caractéristiques physico-chimiques de la surface concernée, mais également la nature des substances adsorbées sont prépondérantes. En effet, si certaines sont favorables, d’autres peuvent inhiber cette adhésion ultérieure. Ainsi, la présence de protéines, de polysaccharides, de sels minéraux favoriserait l’adhésion de microorganismes (22,23). En revanche, une concentration de lait écrémé inférieure à 1% (donc appauvrie en protéines) réduirait l’adhésion de spores et cellules végétatives de bacilles thermophiles. (24).
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre 1: Rappels bibliographiques
I-Les biofilms
I-1. Organisation du biofilm
I-1-1 Constituants d’un biofilm
I-1-2 Formation du biofilm
I-1-2-1 Pré-conditionnement de la surface
I-1-2-2 Adhésion
I-1-2-3 Croissance et maturation du biofilm
I-1-2-4 Dispersion du biofilm
I-1-3 Régulation du développement du biofilm
I-2 Biofilms dans leur environnement
I-2-1 Les microbiotes
I-2-2 Le Biofouling
I-2-3 Les microorganismes du sol
I-3- Biofilms et activités humaines
I-3-1 Biofilms d’intérêt
I-3-2 Problèmes engendrés par les biofilms
I-3-2-1 Impacts du biofouling
I-3-2-2 Biofilms dans le domaine de la santé
I-3-2-3 Autres domaines subissant l’impact des biofilms
I-4 Stratégies de lutte contre les biofilms
I-4-1 Stratégies de lutte antifouling en milieu aquatique
I-4-1-1 Historique des systèmes antifouling
I-4-1-2 Revêtements à base de biocides
I-4-1-3 Autres méthodes de lutte
I-4-2 Stratégies de lutte en milieu biomédical
II-Les hémibastadines, produits naturels marins anti-biofilm
II-1 Les produits naturels marins à activité anti-biofilm
II-2 Les bromotyrosines
II-2-1 Structures chimiques
II-2-1-1 Dérivé simples de bromotyrosines
II-2-1-2 Les oximes
II-2-1-3 Les bastadines
II-2-1-4 Les spirocyclohexadienylisoxazolines
II-2-2 Activités biologiques
III-Le noyau 1,2,3-triazole
III-1 Introduction
III-2- Noyau 1,2,3-triazole en tant que bioisostère d’autres fonctions chimiques
III-3 Accès au noyau 1,2,3-triazole
III-3-1 Obtention de dérivés 1,4-disubstitués
III-3-2 Obtention de dérivés 1,5 et 1,4,5 substitués
III-3-3 Méthodes sans catalyseur métallique
III-4 Activités de molécules à noyau 1,2,3-triazole
III-4-1 Molécules à activité anti-infectieuse
III-4-2 Cas des molécules à activité anti-biofilm et antifouling
Chapitre 2: Activités des analogues d’hémibastadines à noyau 1,2,3-triazole sur organismes marins
Introduction
I-Conception et synthèse des analogues d’hémibastadine
I-1 Structure générale des composés évalués
I-2 Rétrosynthèse de ces composés
I-3 Synthèse des composés
I-3-1 Synthèse des intermédiaires acide 1,2,3-triazole-4-carboxylique
I-3-2 Préparation des amines bromées
I-3-3 Réaction de couplage peptidique
I-3-3-1 Sélection du dérivé carbodiimide
I-3-3-2 Solvants
I-3-3-3 Purification des composés
I-3-4 Synthèse des composés à chaînes alkylamines
I-3-4-1 Voie A : Adjonction de chaîne N,N-diméthyléthylamine sur un des intermédiaires de synthèse
I-3-4-1 Voie B : adjonction de la chaîne alkylamine sur un analogue d’hémibastadine déjà synthétisé
II-Etude de l’activité anti-biofilm et impact environnemental d’analogues d’hémibastadines à noyau 1,2,3-triazole
III-Approfondissement des variations de structures des hémibastadines à noyau 1,2,3-triazole et activité anti-biofilm
Introduction
III-1Résultats
III-1-1 Analogues synthétisés
III-1-2 Essais biologiques anti-adhésion
III-2-2-2 Effet sur la croissance et la viabilité des bactéries
III-2-2-3 Activité sur biofilm multisouche
III-3 Discussion
Conclusion
IV- Analyse des relations structure-activités des analogues d’hémibastadine à noyau 1,2,3-triazole et dérivés
Introduction
IV-1 Méthode
IV-1-1 Variations de structures
IV-1-2 Critères de comparaison
IV-2 Analyse des relations structure-activités
IV-2-1 Présence d’un noyau aromatique à OH-phénolique et d’un méthoxyphényle
IV-2-1-1 Région « ouest » à noyau aromatique méthoxylé et OH-phénolique en région « est » (R1= CH3 ; R2=H)
IV-2-1-2 Région « ouest » à OH-phénolique et région « est » à noyau méthoxyphényle (R1=H, R2=CH3)
IV-2-2- Méthoxyphényle en régions « est » et « ouest »
IV-2-3 Présence d’OH phénoliques de part et d’autre du noyau 1,2,3 triazole
IV-2-4 Influence des atomes de brome
IV-2-5 R1 ou R2 = CH2CH2N(CH3)2 : Influence de la présence de chaînes N,Ndiméthyléthylamine
IV-2-6 Comparaison de l’activité des composés en fonction de la lipophilie
Conclusion générale
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