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Conférence Marc Feuilloley

Le microbiote cutané : de la peau, aux textiles et à la conquête spatiale

Ismail R.¹, Hadjiev E.¹, Catovic C.¹, Amegnona J.¹, Souak D.^1,2, Groboillot A.¹, Chevalier S.¹, Alekhova T.³, Boukerb A.M.¹, Feuilloley M.G.J.^1,2

1 Unité de Recherche 4312 Communication Bactérienne et Stratégies Anti-infectieuses (UR CBSA) Normandie Université:  Université de Rouen – Université de Caen, 27000 Evreux, France

2 Plateforme Cosmetomics@URN, Université de Rouen Normandie

3 Faculté de Biologie, Université d’Etat de Moscou Lomonossov, Moscou, 119991 Russie

Procaryote, (préfixe signifiant avant, et káryon signifiant « noix » en grec ancien, pour le noyau), un terme bien mal venu tant il a été assimilé à « avant la cellule », suggérant en cela que les bactéries et archées ne seraient rien d’autre que des particules inertes. Cela est d’autant plus paradoxal que, comme suggéré par L. Margulis¹, les cellules eucaryotes qui composent nos organismes sont issues d’une (voire plusieurs) endosymbioses entre archées et bactéries. Nos cellules eucaryotes en portent la trace puisque leur génome est formé de 44% de séquences d’origine archéennes et 56% d’origine bactérienne². D’autre part, apparus il y a environ 4 milliards années, contre environ 1,5 milliards pour les eucaryotes, les procaryotes, dont les bactéries, ont suivi des stratégies évolutives différentes même si on constate aujourd’hui l’impressionnante convergence. Les bactéries vivent essentiellement sous forme de biofilms dont la matrice complexe n’est pas sans rappeler celle d’un tissu conjonctif³. Au sein de ces biofilms, les bactéries communiquent par voie chimique (quorum-sensing)⁴ mais échangent aussi des signaux électriques via des nanoconducteurs⁵. Elles sont même capables d’apotose comme une cellule eucaryote⁶. L’ensemble de ces fonctions est codé par un génome ou on distingue des parties stables (core) et des zones rapidement échangeables, mais d’une taille globale bien plus réduite que chez les eucaryotes et sans épissage alternatif. Pourtant, avec des temps de génération très courts (jusqu’à 20 min), les bactéries sont en masse le second règne de la biosphère⁷ et possèdent des capacités d’adaptation remarquables ce qui explique leur succès évolutif. Les bactéries ont ainsi développé des outils de détection de variations leur environnement qu’elles soient de nature biologiques, chimiques ou physiques.

Au sein du corps humain, le microbiote bactérien représente une composante essentielle, bien supérieure en nombre et en activité métabolique à la composante eucaryote⁸ et contrairement aux idées reçues, l’infection est une exception et la relation est essentiellement de nature commensale, voire symbiotique. Au niveau de la peau et des épidermes de surface, qui hébergent le second microbiote du corps humain, on a mis en évidence au cours des 15 dernières années, que les bactéries sont capables de détecter et de s’adapter à de nombreux facteurs locaux produits par les kératinocytes, les capillaires et les terminaisons qui innervent la peau, qu’il s’agisse de peptides antimicrobiens (défensines, cathélicidines)⁹, de cytokines et chémokines¹⁰, ou d’hormones et neuro-hormones (Substance P, CGRP, peptides natriurétiques, catécholamines, estradiol…)¹¹. Cette relation est impliquée dans la réparation cutanée¹², l’éducation de l’immunité¹³, ou des processus tels que l’inflammation neurogène¹⁴. Une part essentielle de cette capacité de détection des facteurs de l’hôte, réside dans le fait que les bactéries ont développé des protéines multifonctionnelles particulières capables d’exercer des fonctions totalement différentes dans différentes localisations, stroma ou membrane par exemple. Ces protéines, appelées protéines du clair de lune (moonlighting proteins) ont souvent des fonctions d’enzymes ou de chaperones dans le stroma bactérien mais peuvent être transportées à la membrane où elles changent de configuration et/ou se multimèrisent et acquièrent des fonctions de senseur environnementaux¹⁵. C’est ainsi que le facteur d’élongation ribosomal EfTu et la chaperone DnaK ont été identifiés comme senseurs de la Substance P et du CGRP, respectivement¹⁶. L’exploration du mécanisme d’action d’EfTu et DnaK a permis de mettre en évidence l’implication d’une autre famille de protéines, des mécanosenseurs¹⁷, tels que la protéine MscL, qui comme leur nom l’indiquent sont sensibles aux tensions et efforts mécaniques exercés sur la membrane bactérienne.  

En tant qu’interface entre l’environnement et le milieu intérieur, la peau et par la même son microbiote, est aussi exposée à de nombreux facteurs environnementaux tels que les UVs, la pollution atmosphérique ou les cosmétiques, qui impactent aussi négativement ou positivement la croissance, la virulence et la capacité de formation de biofilm du microbiote cutané^18,19. Parmi les paramètres qui régulent le microenvironnement cutané, il ne faut pas oublier la présence des textiles qui couvrent l’essentiel de notre surface corporelle. L’interaction des bactéries du microbiote cutané avec les fibres textiles a fait l’objet de nombreuses études dans la mesure où ces microorganismes peuvent contribuer à l’altération des propriétés et à la dégradation des tissus²⁰. Ce n’est que plus récemment qu’on s’est intéressé à la composante inverse en recherchant l’impact des substances relarguées par les textiles sur des germes représentatifs du microbiote cutané tels que Staphylococcus aureus et Staphylococcus epidermidis. De fait, selon les types de fibres (lin ou coton) et selon les conditions de culture (classique ou biologique), on constate une modification de la cytotoxicité et de la formation de biofilm par ces bactéries suggérant un potentiel impact sur l’équilibre cutané²¹.

La sensibilité du microbiote cutané au microenvironnement et les conséquences pouvant en découler ont particulièrement intéressé les spécialistes du vol spatial. En effet, tous les objets envoyés dans l’espace sont décontaminés avec précaution, mais un élément ne peut pas l’être, les cosmonautes eux-mêmes. Au sol comme dans l’espace, la peau desquame et chaque squame emporte une trentaine de microorganismes²² qui, en apesanteur diffusent et s’adsorbent sur les surfaces. Leur développent sous forme de micro-colonies ou de biofilms est favorisé par l’environnement des vaisseaux spatiaux tels que la station spatiale internationale (ISS) ou règnent en permanence une température et une hygrométrie élevées (+/- 22°C,  60% d’humidité)²³.  Les surfaces des compartiments Américains comme Russes, bien qu’ayant des revêtements différents, sont ainsi très fortement contaminés par des bactéries cutanées humaines²⁴ et l’effet de ces microorganismes sur les matériaux (textiles, parois) peut s’avérer critique^25,26. De plus, l’impact de l’environnement spatial (microgravité, rayonnement ionisants, confinement) sur ces germes reste mal connu. Une analyse métagénomique réalisée par le CBSA sur des écouvillons ramenés à la station de Baïkonour en 2019 a montré une abondance de Cutibactéries, Corynébactéries et de Staphylocoques. Cette contamination des surfaces est favorisée par l’impossibilité de nettoyer autrement qu’avec des lingettes imbibées d’alcool afin d’éviter la production de gouttelettes pouvant être inhalées par l’équipage. Un effet des conditions spatiales sur la virulence et la résistance des germes aux antibiotiques reste discuté mais probable ²⁷. Etudier cette question est complexe, à la fois car les bactéries stressées sont très difficiles à remettre en culture, de par la présence de contaminants fungiques compétiteurs et par la nécessité de limiter le nombre de générations sur terre avant toute étude expérimentale. Un protocole de réhydratation et de culture court terme en milieu liquide a permis d’isoler des bactéries pré-identifiées comme appartenant aux genres Pseudomonas, Staphylococcus et Paracoccus. Ces souches ont été conservées en cryotubes à -80°C avant d’en étudier la physiologie et la virulence après revivification et suite à une période de réadaptation de plusieurs semaines.

Le microbiote cutané humain est aujourd’hui reconnu comme une préoccupation majeure à prendre en compte pour la sécurité des futurs vols habités de longue durée.

Références :

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