L’objectif du projet proposé a été de caractériser l’impact de modifications de surfaces de membrane de filtration (incorporation de molécule bioactive hydrophile) sur l’adhésion bactérienne et sur la production d’exo-polysaccharides (EPS) par du biofilm à l’interface membranaire par méthodes AFM et FluidFM [1], [2]. Ce projet s’inscrit dans la problématique de biocolmatage des membranes, un défi important pour améliorer les procédés de filtration de l’eau. S’inspirant de phénomènes biologiques naturels, le LGC a développé plusieurs stratégies d’incorporation de la vanilline aux membranes de filtrations, une molécule qui empêche la formation de biofilms [3]. Dans le cadre de ce projet, la vanilline a été directement adsorbée à la surface du matériau, et des expériences d’AFM et de FluidFM ont été réalisées pour : (i) mesurer l’adhésion entre des cellules uniques et les membranes modifiées et ainsi évaluer l’impact de la vanilline sur l’étape d’adhésion initiale des cellules, et (ii) pour mesurer les interactions entre des biofilms formés sur des billes de polystyrènes et les membranes modifiées (Figure 1A). Dans ce dernier cas, le principal challenge a été de développer des biofilms, à différents stades de maturation, sur des billes et de les maintenir par aspiration au bout de leviers microfluidiques pour ensuite faire des mesures des interactions biofilm/membranes par spectroscopie de force. Les résultats que nous avons obtenus au cours de ce stage ont montré que l’adsorption de vanilline sur les membranes réduisait de façon significative l’adhésion initiale de bactéries isolées (force d’adhésion et probabilité d’interactions). Ensuite, un protocole pour produire des biofilms sur des billes de polystyrènes présentant différentes fonctions chimiques (COOH ou NH2) a été développé et optimisé (Figure 1B). Enfin, des premières expériences ont montré que ces billes-biofilms adhéraient également moins bien aux membranes modifiées par de la vanilline.
Contacts
Etudiant recruté
Xuan Loc NGUYEN, de l’université de Paris-Saclay, du 5 février au 23 juillet 2021
Références
[1] Beaussart, A., et al. (2014). Nature Protocols 9(5): 1049-1055
[2] Mulansky, S., et al. (2017). Engineering in Life Sciences 17(8): 833-840
[3] Shin, H., et al. (2020). Environmental Science and Pollution Research 27(2): 1677-1685
Figure 1 A : Stratégies de caractérisation de l’adhésion de bactérie par AFM et de l’adhésion de biofilm sur bille par FluidFM ;
B : Observation au MEB de biofilm à 3h et 24h de développement sur billes greffées -COOH et -NH2
Impacts positifs du stage :
- Une publication soumise
- Première observation et mesure d’adhésion de biofilm sur bille en FluidFM
- Un financement de thèse obtenu (LGC, ED MEGEP 2021) pour poursuivre la collaboration et évaluer l’adhésion bactérienne selon d’autres modes de modification de surface. Cette thèse a démarré le 1 octobre 2021 (étudiante : Abigail ROSALES), et se base sur les développements réalisés pendant ce stage.
- Rosales, A., C. Formosa-Dague, C. Causserand and C. Coetsier (2021). Anti-biofouling vanillin-coated membranes: AFM and EFM characterizations to highlight surface properties and filtration performances. Poster-Euromembrane 2021, Copenhagen, Denmark.