Effet des propriétés mécaniques sur l’adhésion de microorganismes : comportement et réponse biologique d’Escherichia coli et de Candida albicans sur des biomatériaux hydratés et non hydratés de différentes élasticités

Effect of mechanical properties on the adhesion of microorganisms : behavior and biological response of Escherichia coli and Candida albicans on hydrated and non-hydrated biomaterials of different elasticities

• Auteur / Autrice : Annabelle Vigué
• Direction : Lydie Ploux, Dominique Vautier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biophysique
• Date : Soutenance le 15/12/2021
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biomatériaux et bioingénierie (Strasbourg ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Fouzia Boulmedais
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Jouenne
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Karine Glinel, Grégory Francius

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biofilms

Microorganismes -- Adhésivité

Propriétés mécaniques

Biomatériaux

Mots clés libres

Élasticité de surface

Hydratation

PDMS

Acide hyaluronique

Mobilité et biofilm bactérien

Adhésion bactérienne et fongique

Analyse protéomique

Surface elasticity

Hydration

PDMS

Hyaluronic acid

Biofilm and bacteria mobility

Bacterial and fungal adhesion

Proteomic analysis

Résumé

L’adhésion de microorganismes sur des surfaces est un phénomène crucial pour le développement de biomatériaux et l’ingénierie tissulaire. L’objectif de cette thèse est de déterminer l’influence de l’élasticité et de l’hydratation du substrat sur l’adhésion de microorganismes. Les résultats montrent que l’adhésion des bactéries (Escherichia coli), ainsi que la formation de biofilm, est limitée sur les substrats hydratés (hydrogels d’acide hyaluronique) mous (44 Pa) et sur les substrats non-hydratés (polydiméthylsiloxane, PDMS) durs (574 kPa). De plus, l’analyse du protéome confirme que l’adhésion est plus avancée sur les matériaux non hydratés, notamment le plus mou, que sur les matériaux hydratés. En outre, l’analyse de la mobilité des bactéries montre que des sous-populations confinées, libres, mobiles ou quasi-immobiles coexistent sur tous les matériaux, et que leur importance relative varie d’un matériau à l’autre. La morphologie des levures (Candida albicans) est également impactée par les propriétés mécaniques du substrat. Nos résultats montrent que l’élasticité de surface peut être optimisée pour limiter la formation de biofilm, mais que son effet peut être contrebalancé par celui de l’hydratation.

The microorganism’s adhesion to surfaces is an essential phenomenon for the design of biomaterials and tissue engineering. The objective of this thesis is to determine the influence of elasticity and hydration on the adhesion of microorganisms. The results show that the adhesion of bacteria (Escherichia coli), as well as the biofilm formation, is limited on soft hydrated substrates (hyaluronic acid hydrogels) (44 Pa) and on stiff non-hydrated substrates (polydimethylsiloxane, PDMS) (574 kPa). Additionally, proteome analysis confirms that adhesion is more advanced on non-hydrated materials, especially the softest ones, than on hydrated materials. Moreover, the analysis of the mobility of bacteria shows that confined, free, mobile or almost immobile subpopulations coexist on all materials and that their relative importance varies from one material to another. The morphology of yeasts (Candida albicans) is also impacted by the mechanical properties of the substrate. Our results show that the surface elasticity can be optimized to limit the biofilm formation, but that its effect can be counterbalanced by the hydration.