Étude de l’effet d'agents potentiellement perturbateurs de la structure des biofilms sur la diffusion des macromolécules dans les biofilms de Streptococcus mutans : cas de l’EDTA et de l’aspirine

Abstract

Le but de ce travail de mémoire était d'explorer des moyens pour augmenter la perméabilité des biofilms de Streptococcus mutans aux macromolécules en utilisant des agents potentiellement perturbateurs de la structure des biofilms. L’acide éthylènediamine tétraacétique (EDTA) ainsi que l’acide acétylsalicylique (aspirine) sont les agents perturbateurs choisis. Le changement de perméabilité des biofilms de S. mutans a été déterminé en mesurant les coefficients de diffusion globale du polyéthylène glycol (PEG) et de diffusion locale de dextrans. Les coefficients de diffusion globale ont été mesurés par spectroscopie infrarouge avec un échantillonnage par réflexion totale atténuée (ATR) alors que la spectroscopie par corrélation de fluorescence (SCF) a été utilisée pour la mesure des coefficients de diffusion locale. Les résultats ont démontré que l’incorporation de l’EDTA à une concentration de 7.5 (m/v) % dans la solution de diffusion permet d’améliorer les propriétés de transport du PEG dans les biofilms en augmentant sa pénétrabilité et son coefficient de diffusion globale. Par contre, aucune variation n’a été constatée dans la valeur du coefficient de diffusion locale de dextran fluorescent. Cette différence peut être expliquée, entre autres, par l'échelle des mesures et la nature différente des molécules diffusantes. L’aspirine n’a démontré aucun effet sur le transport du PEG à travers les biofilms de S. mutans. La pénétration accrue du PEG en présence de l’EDTA a été corrélée aux tests de viabilité des cellules bactériennes. En effet, la combinaison de la pénicilline G (PenG) avec l’EDTA 2 (m/v) % a eu comme effet l’augmentation du pouvoir biocide d’un facteur 3. De plus, les images de microscopie à épifluorescence et de microscopie confocale à balayage de laser ont démontré que les bactéries dans le cœur des microcolonies sont plus affectées par la PenG lorsque le milieu contient de l'EDTA. A la lumière des résultats obtenus, il s’avère que l’incorporation d'agents perturbateurs de la structure des biofilms est une option sérieuse à considérer dans l’éradication des biofilms microbiens. Plus d’études devront être effectuées afin d’investiguer l’effet d’autres molécules possédant les propriétés perturbatrices de la structure des biofilms sur la résistance de ces derniers aux agents antimicrobiens.

The aim of this study was to investigate the role of biofilm structure disrupting potential agents in the biofilm permeability to macromolecules. The effect of ethylenediamine tetraacetic (EDTA) and acetylsalicylic acid (aspirin), two potential disrupting agents, on the diffusion of poly (ethylene glycol) (PEG) and dextran in Streptococcus mutans biofilms was investigated. Attenuated total reflection (ATR) infrared spectroscopy was used to measure the global diffusion coefficients, while the local diffusion coefficients were measured using fluorescence correlation spectroscopy (FCS). On one hand, the results showed that EDTA, at a concentration of 7.5 (w/v) %, increased PEG penetrability and global diffusion coefficient in biofilms. No effect was noticed for the local diffusion coefficient of fluorescent dextran molecules. This difference was associated with, amongst others, the scale of the measurements and the different nature of the diffusing species. On the other hand, aspirin had no effect on the S. mutans biofilm permeability for PEG. The enhanced penetration of PEG in the presence of EDTA was correlated with bacterial cell viability. The bactericidal effect of penicillin G (PenG) alone and in combination with EDTA, was assessed for the biofilms. The results showed that antibiotic effect of PenG was improved by a factor of 3 when the antibiotic was used in combination with EDTA compared to the same antibiotic used alone. Moreover images obtained by epifluorescence microscopy and laser scanning confocal microscopy indicated that the bacteria in the core of the microcolonies were more affected by PenG when the milieu contained EDTA. These results revealed that the use of disrupting agents of biofilm structure is a promising approach to eradicate biofilms showing resistance to classical antimicrobial agent treatments. More studies should be done to investigate the effect of others potentials disrupting agents on the biofilm permeability to macromolecules.