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Cet ouvrage nous fait découvrir comment des microbes qui « dialoguent » entre eux, échangent des gènes et s’adaptent aux conditions d’une microsociété en perpétuelle évolution, acquièrent les étonnantes capacités de colonisation et de résistance caractéristiques des biofilms.

Biofilms

Cet ouvrage nous fait découvrir comment des microbes qui « dialoguent » entre eux, échangent des gènes et s’adaptent aux conditions d’une microsociété en perpétuelle évolution, acquièrent les étonnantes capacités de colonisation et de résistance caractéristiques des biofilms.

Mis à jour le 23/05/2019
Publié le 23/05/2019

Les microbes, on connaît leur existence depuis Pasteur. Pourtant, c’est depuis quelques années seulement qu’on les étudie sous leur forme d’organisation la plus répandue, celle de communautés fixées sur une surface : des biofilms. Les biofilms sont partout : dans le sol des forêts, sur les cailloux glissants des rivières, sur le verre des aquariums, sur la croûte fleurie du camembert, sur nos dents, où seul le détartrage les élimine, sur notre peau, où ils forment une barrière contre les microbes indésirables… Parfois, ils mettent notre santé en danger, causant des infections chroniques ou des maladies nosocomiales. Cependant, ils offrent aussi de multiples bénéfices, par exemple en protégeant naturellement les plantes, ou en permettant de nettoyer les eaux et les sols. Mais, direz-vous, quelle différence y a-t-il entre des microbes dispersés dans leur environnement et des biofilms ? Quelles formes prennent ces biofilms, et quels microbes y trouve-t-on ?  

 

Chercheur à l’Inra, Romain Briandet est responsable de l’équipe Biofilms et communautés spatialement organisées, à l’institut Micalis.

Spécialiste en microbiologie de l’environnement et en sécurité microbiologique des aliments, Murielle Naïtali est enseignante à AgroParisTech, chercheuse à l’Inra et Écrivain-Conseil®. 

Les chapitres sont illustrés par Marion Jouffroy.

 

Biofilms

La vie des microbes en société

Editions Quae – 120 pages, mai 2019 -16 euros

EXTRAITS

• On a tous en tête quelques magnifiques clichés. Sans biofilms, certains de ces paysages n’auraient pas le même charme. Revenons à la source géothermique de Yellowstone qui émerveilla Marie : le Grand Prismatique. Ses nuances arc-en-ciel ont fait le succès des photos aériennes de Yann Arthus-Bertrand. Ce dégradé provient notamment d’un biofilm de cyanobactéries de plusieurs centimètres d’épaisseur. Les cyanobactéries produisent de l’oxygène en utilisant l’énergie lumineuse. Elles captent la lumière par l’intermédiaire de pigments colorés allant du bleu-vert — elles étaient d’ailleurs anciennement nommées « algues bleues » - au rouge. La couleur du Grand Prismatique varie avec la saison et la température, qui favorisent telle ou telle espèce microbienne et la production, par ces espèces, de tel ou tel pigment. En été, elle tire vers l’orange et le rouge. En hiver, vers le vert foncé. 

Les cyanobactéries se sont organisées en colonies fixées depuis la nuit des temps. Il y a environ 3,5 milliards d’années, des biofilms de bactéries et d’algues ont donné des roches calcaires : les stromatolithes. Ces « tapis de pierre » visibles à l’œil nu constituent le premier indice révélateur de la vie sur Terre. De tels biofilms fossilisés s’élèvent jusqu’à 3 000 mètres dans la chaîne marocaine de l’Anti-Atlas. Des stromatolithes continuent aujourd’hui à se former, principalement aux Bahamas et en Australie. 

Il n’est pas forcément besoin de remonter le temps ni de s’expatrier pour apercevoir des biofilms. Nous en trouvons notamment dans notre salle de bains. La présence quotidienne d’une forte humidité et d’une douce chaleur en fait un véritable incubateur à biofilms. Les bactéries et les moisissures s’y logent, se collent, et sont également capables de proliférer. Toutes les surfaces les accueillent : porte-savon, pierre ponce, rideau de douche... Un robinet qui fuit : un biofilm qui naît. Est-il rouge orangé ? Il est probablement dû à la bactérieSerratia marcescens, dont le pigment porte le nom évocateur de « prodigiosine ». De fait, cette bactérie rouge sang, qui se multiplie très vite sur du pain ou des féculents, est soupçonnée d’être à l’origine de « miracles », dont celui de la petite ville italienne de Bolsena où, en 1263, une hostie se serait « teintée de sang ».

 

• C’est souvent grâce à des microbes organisés en biofilms que les eaux sales provenant de nos douches, de nos toilettes, de notre vaisselle, de nos machines à laver, etc., sont nettoyées. C’est également grâce à eux que les eaux résiduaires des industries agroalimentaires et autres bio-industries sont traitées, avant d’être rejetées dans le milieu naturel avec un impact environnemental réduit. 

Dans les stations d’épuration dites « à boues activées », les bactéries s’agglomèrent en flocs (des biofilms sans support) pour traiter les pollutions carbonées, azotées et phosphorées véhiculées par nos eaux usées.D’autres stations d’épuration utilisent de « vrais biofilms » de bactéries fixées sur des supports variés : pouzzolane, argile expansée, polystyrène, et parfois sable. Les Anglais ont ainsi développé les premiers filtres à sable dans les années 1860, sans même connaître les biofilms. 

Dans les biofilms, le microenvironnement des microbes est divers du fait de gradients de pH, d’oxygène, de nutriments, de déchets, etc., ce qui crée une multitude de niches écologiques. C’est important, par exemple pour simplifier le traitement de l’azote des eaux usées. L’azote ammoniacal (forme sous laquelle l’azote arrive dans les stations d’épuration) doit d’abord être nitrifié (transformé en nitrites puis en nitrates) par des bactéries qui ont besoin d’oxygène, puis dénitrifié (transformé en diazote gazeux) par des bactéries qui ne réalisent cette opération qu’en absence d’oxygène. Les cellules des biofilms créent leur propre microenvironnement, favorisant la diversification des communautés bactériennes et les complémentarités fonctionnelles. 

Avez-vous déjà été surpris lors d’une promenade campagnarde par l’odeur âcre d’un épandage ? Celui-ci permet de fertiliser le sol pour de meilleures cultures et, bien conduit, il constitue également le moyen de réintroduire de l’eau dans le cycle naturel après un bon « nettoyage » par les biofilms du sol. Lors de l’épandage, la matière organique se piège avec l’eau dans les pores du sol et s’adsorbe aux particules du sol. Là, des microbes fixés eux aussi sur les particules la transforment en minéraux assimilables par les plantes. L’eau débarrassée de ses polluants descend progressivement dans le sol jusqu’à éventuellement rejoindre une nappe phréatique.