Généralités sur les bactéries
Les bactéries sont des organismes unicellulaires procaryotes. Ce sont les êtres vivants les plus vieux et les plus abondants sur la Terre. On peut les trouver dans l’eau, dans l’air, et notamment dans les sols. Ils existent sous deux formes : une forme allongée dite bacille ou une forme ronde dite cocci. Les cellules bactériennes sont entourées par une paroi. Cette paroi cellulaire représente une caractéristique très importante qui permet de diviser les bactéries en deux groupes, en se basant sur la différence de la structure et de la composition moléculaire de cette paroi, grâce à la coloration de Gram On distingue:
Les bactéries à Gram (+) : leur paroi est composée essentiellement d’un peptidoglycane (ou muréine) épais. Elle est traversée par des acides téichoïques et lipotéïchoiques. (ex : Staphylococcus aureus)
Les bactéries à Gram (-) : leur paroi possède un peptidoglycane fin localisé audessous d’une bicouche lipidique surmontée par des lipopolysaccharides. (ex : Escherichia coli) Ces bactéries sont ubiquitaires et sont présentes dans tous les types de biotopes rencontrés sur Terre. Chez l’Homme, certaines bactéries sont utiles pour son organisme tandis que d’autres peuvent être à l’origine de maladies infectieuses. Dans l’environnement des paramètres physico-chimiques influencent leur croissance tels que le pH (acidité et alcalinité), la température, la présence de dioxygène (O2), de dioxyde de carbone(CO2) et la disponibilité de l’eau. Les risques de contamination et de contracter des maladies dangereuses augmentent lorsque ces bactéries sont introduites dans des sites où elles ne sont pas habituellement présentes. Les contaminations des surfaces dans les établissements hospitaliers par exemple sont à l’origine d’infections nosocomiales [8].
Contamination des surfaces
La grande majorité des micro organismes peuvent vivre selon deux états physiologiques différents. L’un où les populations bactériennes peuvent être isolées et flottent dans le milieu environnemental (état planctonique), l’autre où elles sont attachées sur une surface et vivent en communauté (état sessile). En effet, les bactéries ont le pouvoir d’adhérer et de se multiplier sur divers supports inertes tels que les sols et les surfaces internes de canalisations d’eau ou de conduits d’air. L’attachement sur une surface est une stratégie de survie qui permet à la bactérie de s’installer et de coloniser un environnement [9]. Après cet attachement sur un support biotique ou abiotique, les bactéries vont mettre en place et développer une communauté organisée à laquelle William Costerton a donné le nom de «biofilm» en 1978 [10]. Ainsi, un biofilm est défini comme étant une communauté de microorganismes fixée à une surface et maintenue par la sécrétion d’une matrice d’exopolysaccharides (EPS). Ces biofilms représentent un problème majeur de santé publique d’autant plus qu’ils sont impliqués dans près de 65 à 80 % des infections bactériennes chez l’Homme [2]. Pour lutter efficacement contre ces proliférations microbiennes, il serait important de comprendre les mécanismes liés à leur formation.
Attachement secondaire irréversible en surface : Adhésion
Dans un second temps, à mesure que les cellules se divisent, le nombre de bactéries associées à la surface augmente et l’adhésion devient irréversible. Cette transition vers une adhésion irréversible correspond à la sécrétion par la bactérie de structures ou substances polymériques constituant le « glycocalyx ». Le glycocalyx est un manteau membranaire constitué de glycoprotéines, glycolipides et protéoglycanes fixés à la surface de la membrane cellulaire. Celui-ci va permettre aux microorganismes d’adhérer plus fortement à la surface et cela va s’accompagner d’une profonde modification du profil d’expression des gènes essentiels à la formation du biofilm. Il s’agit en particulier de l’expression et la sécrétion des composants de la matrice qui constituent le « ciment » qui va tenir entre elles les bactéries et maintenir ancrés à la surface les éléments du biofilm [16,17]. Les bactéries forment alors des amas et produisent des polysaccharides extracellulaires. La présence de molécules organiques est un facteur aggravant car la surface devient alors une surface substrat pour le développement des microorganismes.
Les caractéristiques physico-chimiques de la bactérie
Les caractéristiques physico-chimiques diffèrent en fonction des espèces et des souches. Ces différences interviennent au niveau de l’architecture des membranes cellulaires et des fonctions des biomolécules qui les composent. Les bactéries Gram (+) sont composées d’un peptidoglycane épais (30 nm) qui constituent un réseau de sucres et de peptides qui agissent comme une barrière solide et flexible capable de résister au stress extérieur. Les parois des bactéries Gram (-) sont constituées d’un mince peptidoglycane (10 nm) surmonté d’une membrane phospholipidique externe constituée de polymères bactériens tels que le LPS (LipoPolySaccharide) et les phospholipides. L’espace entre ces deux membranes phospholipidiques (interne et externe) est appelé espace périplasmique qui joue un rôle dans le passage de protéines du cytoplasme vers la membrane extérieure. L’adhésion des bactéries va varier en fonction des propriétés physicochimiques des différentes souches bactériennes ou encore de leur condition de croissance. La présence d’un flagelle va faciliter l’attachement de bactéries Gram (–) sur des surfaces [21]. D’autres études ont également montré un attachement important des fimbriae (pili de petite taille) sur des surfaces
Les ammoniums quaternaires
Les sels d’ammonium quaternaires (QAS) sont des cations polyatomiques dérivés de l’ammoniac ayant pour structure R4N+, où R est un groupement alkyle ou aryle (Schéma I:1). Il en existe à courtes et à longues chaînes. Les groupements ammonium quaternaires ont une importante activité antimicrobienne. Ils se révèlent même efficaces contre des bactéries résistantes à d’autres agents antibactériens cationiques. En effet, l’activité antibactérienne d’un ammonium quaternaire à courtes chaines alkyle résulte d’une interaction favorisée entre la charge positive du groupe ammonium et la membrane cellulaire des bactéries chargées négativement. Cela conduit à la perturbation de la fonction de cette membrane cellulaire, la rupture d’équilibre des ions essentiels (H+, Na+, Mg2+, Cl- , Fe3+), la perturbation de l’activité des protéines et l’endommagement du matériel génétique bactérien. Les ammoniums quaternaires à longues chaines alkyle peuvent avoir une activité supplémentaire due à leur insertion dans la membrane, entraînant une perturbation physique [45]. Des données de la littérature ont montré qu’il est possible d’exploiter l’activité biocide de ces structures en les fixant sur des surfaces sans que leur action ne soit réduite. Poveronov et coll. [46] ont fixé un ammonium quaternaire sur de l’alcool polyvinylique (PVA) et le verre par des liaisons covalentes directes. Le PVA est un polymère largement utilisé dans les domaines de la médecine, de l’industrie et de l’emballage alimentaire. La modification de ce polymère a été effectuée en solution aqueuse
|
Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
I. LES SURFACES ANTIBACTERIENNES
I.1 Généralités sur les bactéries
I.2 Contamination des surfaces
I.2.1 Formation des biofilms
I.2.1.1 Attachement primaire transitoire et réversible en surface : Adhérence
I.2.1.2 Attachement secondaire irréversible en surface: Adhésion
I.2.1.3 Développement du biofilm
I.2.1.4 Différenciation du biofilm
I.2.1.5 Détachement et dispersion du biofilm
I.2.2 Les facteurs d’adhésion des bactéries
I.2.2.1 L’hydrophobicité
I.2.2.2 Les caractéristiques physico-chimiques de la bactérie
I.2.2.3 Structure de surface de la bactérie
I.2.2.4 La charge de surface des bactéries
I.2.3 Les infections associées aux biofilms et leur tolérance aux antibiotiques
I.2.3.1 Les infections associées aux biofilms
I.2.3.2 Tolérance des biofilms aux antibiotiques
I.2.3.2.1 Diffusion altérée des antibiotiques
I.2.3.2.2 Altération du microenvironnement
I.2.3.2.3 Les mécanismes génétiques spécifiques
I.2.3.2.4 Les bactéries persistantes
I.3 Les matériaux antibactériens supportés
I.3.1 Les ammoniums quaternaires
I.3.2 Les N-Halamines
I.3.3 Le chitosane
I.3.4 Les polybiguanides
I.3.5 Les métaux
II. OBJET DU TRAVAIL
III. LA CELLULOSE
III.1 Structure de la cellulose
III.2 Supports cellulosiques antibactériens
IV. ELABORATION D’UN MATERIAU BIOACTIF PAR GREFFAGE DU TRICLOSAN SUR DES FIBRES LIGNOCELLULOSIQUES-EVALUTION BIOLOGIQUE
IV.1 Le triclosan
IV.1.1 Généralités
IV.1.2 Mode d’action du triclosan
IV.1.3 Mise au point bibliographique : Les supports antimicrobiens à base de triclosan
IV.1.4 Greffage du triclosan sur la pâte à papier
IV.1.4.1 Stratégie de synthèse
IV.1.4.2 Propargylation du triclosan
IV.1.4.3 MODIFICATION CHIMIQUE DES FIBRES LIGNOCELLULOSIQUE EN MILIEU ACQUEUX
IV.1.4.3.1 Solubilisation de la cellulose
IV.1.4.3.2 Préparation de la pâte Kraft Azidée
IV.1.4.3.2.1 Tosylation de la pâte Kraft
IV.1.4.3.2.2 Azidation de la pâte Kraft tosylée
IV.1.4.3.3 Réaction de cycloaddition entre le propargyltriclosan et la pâte azidée
IV.1.5 Evaluation biologique de l’activité antimicrobienne du support triclosan
IV.1.5.1 Mise au point des tests microbiologiques
IV.1.5.1.1 Préparation des échantillons
IV.1.5.1.2 Tests microbiologiques
IV.1.5.2 Exploitation des résultats
IV.1.5.2.1 Évaluation biologique de l’activité du matériau triclosan
IV.1.5.2.2 Évaluation de la durée d’activité biologique du matériau pâte Krafttriclosan
V. PRÉPARATION ET ÉVALUATION BIOLOGIQUE DE MATERIAUX BIOACTIFS OBTENUS PAR GREFFAGE DE PORPHYRINES SUR DES FIBRES LIGNOCELLULOSIQUES
V.1 Les porphyrines
V.1.1 Structure des porphyrines
V.1.2 Caractérisation des porphyrines
V.1.2.1 Spectroscopie UV-Visible
V.1.2.2 Résonance Magnétique Nucléaire : Spectroscopie RMN du proton
V.2 Mise au point bibliographique : Les porphyrines et la lutte contre les proliférations bactérienne
V.2.1 La photochimiothérapie antimicrobienne (PACT)
V.2.2 Liaison des porphyrines aux cellules microbiennes
V.2.3 Les mécanismes possibles de la photoinactivation bactérienne
V.2.4 2- Les supports antimicrobiens à base de porphyrines : Les surfaces photobactéricides
V.3 Elaboration de matériaux porphyriniques à partir de fibres lignocellulosiques
V.3.1 Elaboration de matériaux porphyriniques neutres à partir de fibres
lignocellulosiques
V.3.1.1 Stratégie de synthèse
V.3.1.2 Synthèses
V.3.1.2.1 Synthèse de la 5-(4-nitrophényl)-10,15,20-triphénylporphyrine
V.3.1.2.2 Réduction de la 5-(4-nitrophényl)-10,15,20 triphénylporphyrine
V.3.1.2.3 Synthèse de la 5-(4-azidophényl)-10,15,20-triphénylporphyrine
V.3.1.2.4 Métallation de la 5-(4-azidophényl)-10,15,20 triphénylporphyrine au zinc
V.3.1.2.5 Préparation de la pâte Kraft propargylée
V.3.1.2.6 Réaction de cycloaddition entre la pâte Kraft propargylée et la porphyrine neutre
V.3.2 Elaboration de matériaux porphyriniques cationiques à partir de fibres lignocellulosiques
V.3.2.1 Stratégie de synthèse
V.3.2.2 Synthèse
V.3.2.3 Propargylation de la 5,10,15,20-Tetra(4-pyridyl)porphyrine (TPyP)
V.3.2.4 Métallation de tétrapropargylpyridylporphyrine
V.3.2.5 Réaction de cycloaddition entre la porphyrine propargylée et la pâte azidée
V.3.3 Evaluation de l’activité photobactéricide des matériaux porphyriniques
V.3.3.1 Tests de production d’oxygène singulet
V.3.3.2 Source lumineuse
V.3.3.3 Traitement photodynamique des disques de pâte Kraft modifiés
V.3.3.3.1 Préparation des échantillons
V.3.3.3.2 Protocole de photoinactivation bactérienne
V.3.3.4 Exploitation des résultats
V.3.3.4.1 Matériau porphyrinique neutre
V.3.3.4.2 Matériau porphyrinique cationique
V.3.3.5 Explication mécanistique des résultats
VI. ELABORATION D’UN MATERIAU BIOACTIF PAR GREFFAGE D’AZIDOARYLES SUR DES FIBRES LIGNOCELLULOSIQUES – EVALUTION BIOLOGIQUE
VI.1 Les molécules antimicrobiennes à base du triazole ou de ses dérivés
VI.1.1 Importance pharmacologiques des composés à base de triazole
VI.1.2 Mise au point bibliographique : Activité antimicrobienne de composés à base du 1,2,3-triazoles et de ses dérivés
VI.2 Préparation de l’azidobenzène substitué et supporté par la pâte Kraft
VI.2.1 Synthèse des dérivés azidés
VI.2.2 Réaction de couplage entre la pâte propargylée et l’azidobenzène
VI.2.3 Evaluation de l’activité microbiologique
VI.2.3.1 Protocole et résultats des tests microbiologiques
VI.2.3.2 Exploitation des résultats
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES
PARTIE EXPERIMENTALE
VI.1 Matériels
VI.1.1 Réactifs et solvant
VI.1.2 Chromatographie
VI.1.2.1 Chromatographie sur couche mince (CCM)
VI.1.2.2 Chromatographie préparative sur plaques de silice
VI.1.2.3 Chromatographie sur colonne
VI.1.3 Analyses
VI.1.3.1 Spectroscopie infra-rouge
VI.1.3.1.1 Spectroscopie UltraViolet-Visible
VI.1.3.1.2 Spectroscopie de RMN
VI.1.3.1.3 Spectrométrie photoélectronique X (XPS)
VI.1.3.2 Appareillage d’activation micro-onde
VI.2 SYNTHESES
VI.2.1 Préparation de la dispersion de la pâte Kraft dans le système NaCl/H2O
VI.2.2 Préparation de la pâte Kraft tosylée
VI.2.3 Préparation de la pâte Kraft azidée
VI.2.5 Propargylation du triclosan
VI.2.6 Réaction de couplage entre la pâte azidée et le triclosan propargylé
VI.2.7 5-(4-nitrophényl)-10, 15, 20- triphénylporphyrine : TPP-NO2
VI.2.8 5-(4-aminophényl)-10, 15, 20 triphénylporphyrine : TPP-NH2
VI.2.9 5-(4-azidophényl)-10, 15, 20 triphénylporphyrine : TPP-N3
VI.2.10 Métallation de la 5-(4-azidophényl)-10, 15, 20 triphénylporphyrine : ZnTPP-N3
VI.2.11 Préparation de la Pâte Kraft propargylée
VI.2.12 Greffage par réaction de ‘‘Click chemistry’’ de la porphyrine azidée sur la pâte Kraft propargylée
VI.2.13 Propargylation de la 5,10,15,20-tetra(4-pyridyl)porphyrine (TPyP)
VI.2.14 Métallation de la tétrapropargylpyridylporphyrine
VI.2.15 Réaction de couplage entre la porphyrine Zn-TPPyP et la pâte azidée
VI.2.16 Synthèse des dérivés azidoaryles
VI.2.17 Réaction de couplage entre la pâte propargylée et les dérivés azidoaryles
VI.2.18 Souches bactériennes
VI.2.19 Détermination de la concentration d’une suspension bactérienne
VI.2.1 Evaluation biologique des supports non-photosensibles (Triclosan et Azidoaryles)
VI.2.2 Photoinactivation bactérienne
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXE – PUBLICATION SCIENTIFIQUE
Télécharger le rapport complet
