Chlororésistance

E. Coli 0157:H7

Vue en microscopie électronique de deux colonies de deux souches différentes d' Escherichia coli O157:H7 ; la première (A) 43895OW (ne produisant pas de curli) et la seconde (B) 43895OR (produisant des curli, lui permettant de former un solide biofilm, et de se fixer sur des parois lisses (verre, inox[4], téflon) et de développer une certaine résistance aux désinfectants, chlorés notamment). Ces deux cultures ont été faites sur une gelée d'agar durant 48 h à 28 °C

Formation de biofilms à partir de deux souches mutantes de Escherichia coli O157:H7, l'une (OR)produisant des curli et l'autre (OW) n'en produisant pas, et par rapport à un échantillon témoin normal, lors de cultures sur différentes surfaces (verre, téflon (antiadhésif) et inox)

Certaines souches mutantes d' Escherichia coli peuvent former des biofilms et produire une coque de polysaccharides leur permettant de résister au chlore [4].
Escherichia coli O157:H7 est pour cette raison un sérotype particulièrement surveillé car présente chez les bovins d'élevage, et responsable de plusieurs pathologies graves (colite hémorragique, syndrome hémolytique et urémique (SHU), purpura thrombotique thrombocytopénique (PTT)) et souvent potentiellement mortelle.
Or, plusieurs souches mutantes (ATCC 43895-, 43895-EPS (qui surproduit un exopolysaccharide [EPS]), et ATCC 43895+ ) présentent des bactéries de plus en plus résistantes au chlore qui est un désinfectant couramment utilisé dans l'industrie agroalimentaire (à faible doses, mais autrefois supposées suffisantes pour désinfecter des salades ou des poulets par exemple).
De plus, on a constaté dans les années 1990 l'apparition de souches mutantes, qui in vitro (en culture de laboratoire) comme dans le milieu industriel, - dès lors qu'elles disposaient de nourriture - colonisaient spontanément des surfaces inerte réputées faciles à désinfecter (inox par exemple), ce qu'elle ne font pas dans la nature, en y produisant des biofilms [5]. Elles peuvent alors former un biofilm épais, visible à l'œil nu, sur le parois du milieu de culture. Or on sait que les biofilms rendent les colonies bactériennes moins sensible à tous les désinfectants connus.

• On a en France à la fin des années 1990 trouvé et séquencé une souche mutante qui a acquis la capacité à coloniser des surfaces lisses et hydrophiles (verre) ainsi que des surfaces hydrophobes (polystyrène) en y formant des amas d'agrégation[5]. L'analyse génétique de cette souche a montré qu'une seule mutation ponctuelle (remplacement d'une leucine par un résidu arginine en position 43 dans la protéine de régulation OmpR [5]) a suffi à créer ce phénotype adapté à la plupart des milieux artificiels de l'environnement industriel agroalimentaire ou des laboratoires. La microscopie électronique a permis d'identifier le mécanisme d'adhésion. Il est lié à une capacité nouvelle de la membrane de la bactérie mutante à produire des structures fibrillaires de type fimbriae dite curli. Les curli ont été découverts pour la première fois chez des entérobactéries (dans les années 1980 et justement sur des souches d' Escherichia coli qui causaient des mammites chez les bovins.
  Ces curli avaient été décrits par l'équipe d'Olsen dix ans plus tôt dans le Journal Nature [6]. Ils se sont avérés impliqués dans de nombreux processus pathologiques et de résistance par formation de biofilm, chez des E. Coli, mais aussi chez des Salmonella spp.
  Chez les E Coli mutantes, La production de curli (visualisée par coloration au rouge Congo) et l'expression du gène impliqué étaient significativement augmentée en présence de l'allèle ompR, et l'inhibition des gènes impliqués (ACPS ou ompR) par transduction de mutations knock-out de ces gènes se traduisait bien par une perte des propriétés adhésive de ces E. Coli ainsi que de leur capacité à former des biofilms, y compris pour toutes les souches isolées dans des réacteurs de culture en laboratoire, ou pour les souches cliniques isolées chez des patients ayant développé des infections liées aux cathéters[5]. Ceci montre que les structures morphologiques de type curli sont d'une importance majeure pour la production de biofilms[5], qui est elle-même une des composantes majeures de la chlororésistance.
• L'autre composante de la chlororésistance chez E. Coli, vient d'une mutation lui conférant la capacité de produire en quantité importante un manteau d'exopolysaccharide [EPS], un polymère de sucres qui permet par exemple aux souches mutantes d'Escherichia coli O157: H7 ATCC 43895 -, 43895-EPS qui surproduit l'EPS t à la souche ATCC 43895 + (qui en plus produit des curli une résistance au chlore). La chlororéistance observée en laboratoire, en culture libre de type planctonique (env. 9 log (10) UFC/ml), est la plus élevée qu'on ait trouvé chez E. Coli selon les publications disponibles, ce qui laisse penser que l'EPS et la production de curli sont bien les deux principaux facteurs de chlororésistance chez E. Coli. Néanmoins, dans ce cas, c'est-à-dire en l'absence de biofilm, les cellules planctoniques (de toutes les souches) ont fini par mourir dans les 10 minutes lorsqu'exposées à un traitement fortement chloré (dosé à 50 µg de chlore par millilitre). Il faut cependant beaucoup plus de chlore celui nécessaire à tuer la souche la souche ATCC 43895 lorsqu'elle est fixée en biofilm sur des échantillons d'inox.
  Le taux de croissance de la souche 43895-EPS sur les coupons n'était cependant pas significativement différent de celui de la souche ATCC 43895-, ce qui indique que la production de BPA n'a pas affecté la croissance des cellules au cours de la formation du biofilm[5]. La production de curli n'affecte pas la fixation initiale de cellules à une paroi lisse (morceau d'inox en l'occurrence) mais améliore la production de biofilm[5].
  Sur les surfaces lisses ou rugueuses, la résistance de E. coli O157: H7 au chlore augmente fortement quand les cellules y ont formé un biofilm, et à la fin des années 1998, parmi les souches testées, c'est la souche ATCC 43895 + qui était la plus chlororésistante. La taille des populations bactériennes de souches ATCC 43895+ et ATCC 43895 - dans le biofilm formé à 12 °C - n'était pas significativement différentes, mais les cellules de la souche ATCC 43895 + se sont montrées plus chlororésistantes que les cellules de la souche ATCC 43895 -, ce qui confirme l'hypothèse que la production d'EPS augmente la chlororésistance de E. coli O157: H7 développant des curli, d'où l'intérêt de mieux comprendre la biogenèse et le fonctionnement des curli [7], d'autant qu'ils jouent un rôle dans la pathogénicité de nombreuses bactéries, via leur capacité de s'attacher à leur hôte et d'y pénétrer[8], et qu'ils pourraient être un modèle pour mieux comprendre le phénomène d'attachement [9] aux parois cellulaires ou non biologiques (pour les prions par exemple[10]), même si l'inactivation des curli doit être envisagée avec précaution, car potentiellement nécessaire ou impliqué dans de nombreux processus symbiotiques ou endosymbiotiques, dans l'intestin ou d'autres processus biologiques.