Centre d'ingénierie des biofilms - Center for Biofilm Engineering
 Barnard Hall de la Montana State University, siège du Center for Biofilm Engineering
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| Institution mère | Université d'État du Montana |
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| Établi | 15 avril 1990 |
| Mission | Faire progresser les connaissances de base, la technologie et l'éducation nécessaires pour comprendre, contrôler et exploiter les processus de biofilm |
| Réalisateur | Matthew W. Fields (2015-actuel) Philip S. Stewart (2005-2015) John W. Costerton (1993-2004) William G. Characklis (1990-92) |
| Anciennement appelé | Centre de génie des procédés microbiens interfaciaux |
| Emplacement |
, , États Unis
|
| Coordonnées | 45°39′57″N 111°02′47″W / 45.66583°N 111.04639°O Coordonnées: 45°39′57″N 111°02′47″W / 45.66583°N 111.04639°O |
| Site Internet | www |
Le Center for Biofilm Engineering ( CBE ) est une institution interdisciplinaire de recherche, d'éducation et de transfert de technologie située sur le campus central de la Montana State University à Bozeman, Montana . Le centre a été fondé en avril 1990 sous le nom de Center for Interfacial Microbial Process Engineering avec une subvention du programme Engineering Research Centers (ERC) de la National Science Foundation (NSF). Le CBE intègre des professeurs de plusieurs départements universitaires pour diriger des équipes de recherche multidisciplinaires, y compris des étudiants diplômés et de premier cycle, afin de faire progresser les connaissances fondamentales sur les biofilms , de développer des utilisations bénéfiques des biofilms microbiens et de trouver des solutions aux problèmes de biofilms pertinents pour l'industrie. Le centre s'attaque aux problèmes de biofilm, notamment les plaies chroniques , la bioremédiation et la corrosion microbienne, par le biais d'une recherche et d'une formation interdisciplinaires parmi les ingénieurs , les microbiologistes et l'industrie.
Histoire
Le centre est né en 1983 sous le nom d'Institute for Chemical and Biological Process Analysis (IPA). En 1993, le centre a pris son nom actuel de Centre d'ingénierie des biofilms. Les subventions initiales ont expiré en 2001 et le centre est devenu autosuffisant. Le centre a fêté ses 30 ans en 2020.
Institut d'analyse des processus chimiques et biologiques (1979-1990)
En 1979, WG (Bill) Characklis est venu à l'Université d'État du Montana de l'Université Rice en tant que professeur de génie civil (environnemental) et chimique. Il a réuni une équipe multidisciplinaire d' ingénieurs , microbiologistes et chimistes pour étudier les processus et les effets de la croissance microbienne aux interfaces Il a créé un institut de biotechnologie environnementale interdisciplinaire pour répondre aux besoins de l' industrie dans les domaines de l' encrassement biologique , la corrosion microbienne et de la technologie de biofilm. L'Institute for Chemical and Biological Process Analysis (IPA) a été créé par le Montana Board of Regents en 1983 au sein du Montana State University College of Engineering. Bill Characklis a été son premier réalisateur. L'IPA a jeté les bases d'un éventuel statut de centre de recherche en ingénierie de plusieurs manières. L'IPA a mené des recherches fondamentales, du développement et des tests pour l'industrie et les agences gouvernementales et a poursuivi des projets de biofilm qui ont dépassé les frontières des disciplines scientifiques traditionnelles. L'IPA a établi un programme d'adhésion pour les Industrial Associates et, en 1989, le programme comptait 12 membres participants, chacun versant 10 000 $ par an au centre. Les avantages de l'adhésion leur ont permis d'aider à critiquer et à définir les programmes de recherche de l'IPA. Les membres comprenaient des sociétés pétrolières/gazières/électriques, un fabricant de produits chimiques, une société de pâtes et papiers et un partenariat avec l' Idaho National Engineering Laboratory .
Centre de génie des procédés microbiens interfacial (1990-1993)
En 1989, l'IPA a demandé à la NSF le statut de centre de recherche en ingénierie, qui a été accordé en avril 1990. Le Centre de génie des procédés microbiens interfacial a été créé comme l'un des trois centres nationaux de recherche en ingénierie sur 48 candidats. En tant qu'ERC, la nouvelle organisation était chargée de mettre en place un programme de recherche et d'éducation interdisciplinaire à la Montana State University, ainsi que d'accroître la compétitivité industrielle américaine dans les technologies liées aux biofilms. La charte du centre exigeait que les programmes de recherche, d'éducation et de transfert de technologie soient pleinement intégrés dans la planification des programmes du centre. Le programme d'associés industriels a continué d'être utilisé comme mécanisme permettant au centre d'obtenir de l'information de l'industrie sur les problèmes importants liés aux biofilms et de collaborer à des initiatives de recherche du centre conçues pour résoudre les problèmes de biofilm. Le programme d'éducation du centre a recruté des étudiants pour participer à des équipes de recherche interdisciplinaires et pour interagir avec des représentants de l'industrie.
L'octroi de 7,2 millions de dollars en subventions de la NSF au cours des cinq premières années a permis l'expansion de la recherche du centre dans de nouveaux domaines, notamment la biorestauration et la biohydrométallurgie . L'orientation industrielle du centre s'est étendue du contrôle et de l'atténuation des biofilms à l'utilisation positive des processus de biofilm pour briser les contaminants du sol et de l'eau ainsi que l'extraction de minéraux à partir de minerais à faible teneur. Les projets du centre ont été conçus pour couvrir des échelles d'enquête allant des expériences fondamentales à l'échelle du laboratoire aux expériences appliquées à l'échelle du terrain. Ces projets ont permis le développement continu de microcapteurs pour mesurer les gradients de gaz et de pH au sein des communautés de biofilm, la microscopie pour élucider l'activité physiologique des organismes communautaires et la modélisation pour prédire le comportement du biofilm.
Centre d'ingénierie des biofilms (1993-présent)
En 1992, deux ans après sa création, le premier directeur du centre, Bill Characklis, décède. L'Université d'État du Montana a signalé son engagement envers le centre en embauchant JW (Bill) Costerton, professeur de microbiologie de l' Université de Calgary , en tant que directeur exécutif et James Bryers, professeur de génie biochimique de l'Université Duke , en tant que directeur de la recherche pour le centre. . En 1993, le nom du centre a été changé en Center for Biofilm Engineering (CBE).
Sous la direction de Costerton, le centre a continué à remplir sa charte et a commencé à élargir son champ d'enquête. Costerton a encouragé l'exploration de l' effet bioélectrique , du phénomène de signalisation cellule-cellule et de sa relation avec la structure du biofilm et les technologies de biobarrière souterraine pour protéger l'eau et les sols de la contamination minière. L'intérêt industriel et le nombre de membres ont augmenté en réponse à des sujets de recherche plus diversifiés. En 1996, le nombre d'associés industriels était passé à 19 membres diversifiés, y compris des membres représentant le traitement de l'eau, l'exploitation minière, les laboratoires gouvernementaux, les produits chimiques spécialisés, les produits de consommation et les sociétés pétrolières et énergétiques. En juin 1996, la National Science Foundation a renouvelé son engagement envers le Center for Biofilm Engineering avec une nouvelle subvention quinquennale de 7,6 millions de dollars.
En 1996, le profil national du CBE et de la recherche sur les biofilms était à la hausse. De nombreuses publications scientifiques et médiatiques ont commencé à aborder sérieusement la technologie des biofilms. Un article paru dans le numéro de septembre 1996 de Science , intitulé « Les biofilms envahissent la microbiologie » a présenté le travail et l'histoire du Center for Biofilm Engineering. D'autres magazines et journaux présentant des biofilms et la recherche CBE comprenaient New Scientist (article de couverture, 31 août 1996), Science News (26 avril 1997), le Chicago Sun-Times (17 mai 1998), Science (19 mars 1999) , Businessweek (12 septembre 1999), Knight Ridder/Tribune News Service (7 janvier 2000), Nature (16 novembre 2000) et The Boston Globe (28 mai 2002). En 2001, Costerton et le directeur adjoint de CBE Philip S. Stewart ont écrit un article sur le biofilm "Battling Biofilms" publié dans Scientific American (1er juillet 2001)
Autosuffisance (2001-)
Le programme NSF ERC a été conçu pour créer des centres institutionnels qui seraient autosuffisants en dix ans. Le Center for Biofilm Engineering de la Montana State University a commencé à planifier l'autosuffisance en 1998 grâce à la création d'un groupe de travail sur l'autosuffisance à l'université. Le centre a atteint l'autosuffisance en 2001 et continue d'être financé en partie par des subventions fédérales et privées en mettant l'accent sur la création de valeur pour les associés industriels et le soutien de la Montana State University et de l' État du Montana . En 2005, Philip S. Stewart, professeur de génie chimique et biologique, a été choisi pour être le troisième directeur du CBE. Stewart, qui avait participé en tant que membre du corps professoral du CBE depuis 1991, était un expert de premier plan sur les antimicrobiens et le contrôle des biofilms. Sous le mandat de Stewart, CBE a augmenté le nombre de professeurs affiliés, le nombre de membres industriels, le nombre de tests et de projets parrainés par l'industrie et la participation d'étudiants de premier cycle et des cycles supérieurs. Matthew Fields est devenu le quatrième directeur du CBE en 2015. Au cours de l'exercice 2020, les subventions de recherche accordées s'élevaient à 1,9 million de dollars. Le centre est l'un des 24 centres de recherche en ingénierie autonomes du programme de la National Science Foundation.
Programmes
Programme de recherche
Le programme de recherche sur les biofilms du centre a été établi dans les années 1980 en mettant l'accent sur la bio-ingénierie environnementale, les recherches interdisciplinaires et la participation industrielle. L'expertise du corps professoral en génie civil/environnement, mathématiques, microbiologie, génie chimique et biologique , chimie et biochimie, génie mécanique et industriel, informatique, génie électrique et statistique contribue à l'élaboration d'hypothèses et à la conception expérimentale. Le centre mène des recherches qui incluent plusieurs échelles d'observation, de l'échelle moléculaire à l'échelle industrielle, avec des projets qui couvrent à la fois des sujets fondamentaux et appliqués. Les équipes de recherche du CBE ont participé à de nombreuses avancées révolutionnaires dans la science et la technologie des biofilms, notamment : détection du quorum , perméabilité (sciences de la terre) , biominéralisation , tolérance aux antimicrobiens , viscoélasticité , détachement, méthodes de biofilm standardisées, plaies chroniques , carburant d'algues , corrosion microbienne, sulfate- bactéries réductrices et structure et fonction du biofilm. Les recherches de CBE ont été publiées dans des revues à comité de lecture de premier plan, notamment : Nature , The Lancet , Science , JAMA , PNAS , EMBO Journal , ISME Journal , Nature Reviews Microbiology et Physical Review Letters . En 2020, les auteurs du CBE avaient publié plus de 1 300 articles évalués par des pairs. Plus de 20 des images liées au biofilm du centre sont apparues sur les couvertures de revues à comité de lecture.
Les thèmes de recherche appliquée abordés par le centre en 2020 comprenaient :
- Stratégies de contrôle du biofilm (efficacité antimicrobienne, biocides , composés bioactifs , efficacité désinfectante)
- Solutions énergétiques (biocarburants, production de méthane de houille , piles à combustible microbiennes )
- Technologies environnementales (bioremédiation, zones humides, biominéralisation, exploitation minière, séquestration du carbone )
- Biofilms sanitaires/médicaux (plaies chroniques, infections du cathéter , santé bucco-dentaire)
- Systèmes et procédés industriels ( encrassement biologique , corrosion microbienne, contamination des produits)
- Méthodes standardisées (revendications de produits, questions réglementaires, développement de méthodes ASTM )
- Systèmes d'eau (qualité de l'eau potable, plomberie des locaux, traitement de l'eau, systèmes de distribution)
Les autres sujets de recherche en 2020 comprenaient :
- Communautés microbiennes dans les environnements chauds ( Parc national de Yellowstone ) et froids ( Antarctique )
- Écologie / physiologie
- Modélisation mathématique des processus et activités microbiennes
- Analyse des systèmes métaboliques
- Études d' imagerie par résonance magnétique de l'effet du biofilm sur l'écoulement
- Microfluidique
- Microrhéologie
La position du centre dans la communauté internationale de la recherche et son encouragement à la collaboration attirent régulièrement des étudiants et des professeurs invités de nombreuses institutions aux États-Unis et dans des pays étrangers. De 1990 à 2020, 323 chercheurs invités de plus de 30 pays et 38 États américains ont passé de plusieurs semaines à un an ou plus à étudier les biofilms dans les laboratoires du CBE. En 2020, 8 scientifiques et ingénieurs invités ont mené des recherches au CBE.
Programmes de l'industrie
Le programme Industrial Associates du centre permet d'accéder aux informations, à l'expertise, à la formation et à d'autres avantages du centre moyennant un abonnement annuel. Le programme a été lancé en 1983 avec la création de l'Institut d'analyse des processus chimiques et biologiques. Le groupe de recherche Standardized Biofilm Methods (SBM) du CBE se concentre sur les questions d'intérêt pour les entreprises développant de nouveaux produits traitant de la formation de biofilm. Les chercheurs développent, affinent et publient des méthodes quantitatives pour la culture, le traitement, l'échantillonnage et l'analyse des bactéries du biofilm. Les membres du laboratoire SBM travaillent avec des organisations internationales de normalisation pour obtenir l'approbation des méthodes de biofilm par la communauté de normalisation. En vertu d'un contrat avec l' US Environmental Protection Agency , la SBM mène des recherches en laboratoire pour soutenir le développement et la normalisation de méthodes d'essai pour mesurer la performance des produits antimicrobiens, y compris ceux pour les bactéries du biofilm, et fournir des services statistiques liés à l'Office of Pesticide Programs Antimicrobial Programme d'essai. Le CBE a élaboré les normes de test antimicrobien adoptées en 2018 par l'Agence américaine de protection de l'environnement. Les normes sont les premières à s'appliquer spécifiquement aux biofilms bactériens. Les normes sont le fruit des recherches menées par Darla Goeres, membre du corps professoral du CBE, professeure-chercheuse en sciences de la réglementation. Les normes fournissent un cadre de certification permettant aux entreprises de vérifier que leurs produits sont efficaces contre les bactéries du biofilm et de les étiqueter en conséquence, avec une déclaration similaire à « Tue 99,9 % des bactéries » trouvée sur les bouteilles d'eau de Javel et autres nettoyants. Selon le biostatisticien du CBE, Al Parker, les fabricants d'antimicrobiens sont impatients d'obtenir la certification en raison de la prise de conscience croissante des biofilms bactériens. Les entités de santé publique telles que les hôpitaux – qui stérilisent régulièrement les équipements médicaux tels que les appareils chirurgicaux – sont particulièrement intéressées, a-t-il déclaré. "Il y a eu un changement de paradigme", a déclaré Parker, dont l'analyse statistique a joué un rôle central dans l'élaboration du cadre de test.
En 2013, le directeur du CBE, Phil Stewart, et le coordinateur industriel du CBE, Paul Sturman, ont travaillé en partenariat avec la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis pour coparrainer un atelier d'une journée sur les biofilms. L'atelier qui en a résulté, « Biofilms, Medical Devices and Anti-Biofilm Technology: Challenges and Opportunities », s'est tenu sur le campus de la FDA à White Oak le 20 février 2014. Une réunion de suivi organisée par le CBE le 11 février 2015 à College Park , Maryland , intitulé " Anti-Biofilm Technologies: Pathways to Productivity " a été organisé pour continuer à favoriser le dialogue scientifique entre les agences gouvernementales américaines, l'industrie et les universités.
Les sociétés membres ont représenté plusieurs catégories industrielles, notamment l'énergie/le pétrole, les produits chimiques/produits chimiques de spécialité, les produits ménagers/de consommation, les soins médicaux/les soins de santé, les laboratoires d'essais, les laboratoires gouvernementaux, l'eau, les pâtes et papiers et l'exploitation minière. Les membres vont des grandes sociétés internationales Fortune 500 aux petites entreprises en démarrage.
Programme d'éducation
Les étudiants diplômés et de premier cycle participent à des recherches collaboratives et interdisciplinaires au centre. Les étudiants travaillent sous la direction de professeurs multidisciplinaires pour résoudre les problèmes associés aux biofilms dans des contextes médicaux, industriels et environnementaux. Les professeurs et les étudiants des départements et programmes MSU suivants ont participé aux recherches du centre de 2011 à 2020.
- Génie chimique et biologique
- Chimie & Biochimie
- Génie civil et environnemental
- Écologie
- Ressources foncières et sciences de l'environnement
- Sciences des matériaux
- Sciences Mathématiques
- Génie mécanique et industriel
- Microbiologie & Immunologie
- Langues et littératures modernes
Études de premier cycle
Le Centre for Biofilm Engineering's Undergraduate Research Experience (URE) a été fondé par le directeur JW (Bill) Costerton et Ryan Jordan à la fin des années 1990. Candidat au doctorat (et ingénieur de recherche principal par la suite au CBE), Jordan a dirigé les premiers étudiants URE du CBE dans le cadre d'un programme de qualité de l'eau de l'arrière-pays dans le parc national de Yellowstone et le Bridger-Teton Wilderness où les étudiants URE sous la direction de Jordan sont devenus les premiers chercheurs à identifier le rôle du biofilm dans la défaillance des filtres portables de traitement de l'eau utilisés dans les applications de secours en cas de catastrophe, militaires et de loisirs de plein air.
Les étudiants de premier cycle sont embauchés comme assistants de recherche de premier cycle et travaillent dans les laboratoires du CBE en tant que membres d'équipes de recherche sur des projets interdisciplinaires de biofilm. Les étudiants de premier cycle du CBE sont encouragés à acquérir des compétences en laboratoire, en conception expérimentale et en communication de groupe. En 2020, 895 étudiants de premier cycle de 11 disciplines avaient travaillé sur des projets de biofilm de laboratoire sous la direction de membres du corps professoral affiliés au CBE. Trente-cinq femmes (70 %), 14 hommes et un individu non binaire étaient des chercheurs de premier cycle au cours de l'année universitaire 2019-2020.
Études supérieures
Les étudiants diplômés poursuivent leurs études dans une discipline offerte par l'un des départements de sciences, d'agriculture ou d'ingénierie de la Montana State University pendant qu'ils mènent leurs recherches dans les laboratoires du CBE. Les comités d'étudiants diplômés sont généralement interdisciplinaires. Les membres du comité des étudiants et des diplômés choisissent les cours appropriés aux intérêts et au programme d'études de l'étudiant. Les étudiants en génie sont encouragés à suivre des cours de microbiologie; les étudiants en sciences sont encouragés à suivre des cours d'ingénierie pertinents. Les étudiants diplômés acquièrent de l'expérience en concevant et en effectuant des recherches qui transcendent les frontières des disciplines universitaires traditionnelles et ont un impact direct sur les problèmes environnementaux, industriels et médicaux actuels. Les étudiants travaillent sur des projets allant des sujets fondamentaux aux sujets appliqués. De plus, le programme Industrial Associates du CBE amène les étudiants à nouer des relations de travail avec des employeurs potentiels. Les étudiants diplômés sont encouragés à développer leurs compétences en communication et en leadership en faisant des présentations lors de conférences de recherche, en encadrant des étudiants de premier cycle, en organisant la série de séminaires du CBE et en aidant aux efforts de sensibilisation. Au cours de l'exercice 2020, 56 étudiants diplômés ont travaillé dans les laboratoires du CBE.