De l'évolution de Listeria monocytogenes dans une usine de transformation des aliments

Cet article publié, en intégralité et gratuitement, dans la revue Applied and Environmental Microbiology a pour titre, « L'évolution de Listeria monocytogenes dans une usine de transformation des aliments implique des substitutions limitées d'un seul nucléotide mais une diversification considérable par le gain et la perte de prophages* ».

Résumé

Le séquençage du génome entier (WGS pour Whole-genome sequencing) devient la méthode standard pour le sous-typage de Listeria monocytogenes. L'interprétation des données WGS pour les isolats provenant des aliments et des environnements associés est cependant difficile en raison d'un manque de données détaillées sur l'évolution de Listeria dans les installations de transformation.

Ici, nous avons utilisé les données WGS précédemment collectées pour 40 isolats de L. monocytogenes obtenus dans une usine de transformation de saumon fumé à froid entre 1998 et 2015 pour démontrer l'évolution moléculaire de L. monocytogenes dans cette installation, combinée à une évaluation phénotypique d'isolats sélectionnés.

Les isolats représentaient trois clusters (1, 2 et 3) ; les isolats du groupe 3 (n = 32) ont été obtenus sur 18 ans. Le taux de mutation moyen pour le groupe 3 a été estimé à 1,15 × 10⁻⁷ changements par nucléotide par an (∼0,35 changements par génome par an) ; on estime que les ancêtres communs les plus récents des sous-groupes 3a et 3b se sont produits vers 1958 et 1974, respectivement, à l'âge de l'établissement, ce qui suggère une persistance sur le long terme dans cet établissement.

Une grande diversité de prophages a été observée dans les sous-clusters 3a et 3b, qui ont un profil de prophage partagé et six profils de prophage uniques pour chaque sous-cluster (avec 16 profils de prophage retrouvés parmi les 40 isolats). L'opéron de tolérance aux ammonium quaternaires bcrABC a été retrouvé dans tous les isolats des clusters 2 et 3, tandis que le gène de tolérance au désinfectant, le transposon qacH (tolérance aux ammonium quaternaires) a été retrouvé dans un isolat du cluster 1; la présence de ces gènes était corrélée à la capacité de survivre à des concentrations accrues de désinfectants.

Les isolats sélectionnés ont montré une variation significative dans la capacité de se fixer aux surfaces, les isolats persistants se fixant mieux que les isolats transitoires à 21°C.

Importance

Les connaissances sur l'évolution génétique de L. monocytogenes dans les installations de transformation alimentaire sur plusieurs années font généralement défaut.

Ces informations sont essentielles pour interpréter les résultats du WGS impliquant des aliments ou des isolats associés aux aliments.

Cette étude suggère que L. monocytogenes qui persiste dans les installations de transformation peut évoluer avec un faible taux de mutation d’un seul nucléotidique principalement dû à une sélection négative (c'est-à-dire purificatrice) mais avec une diversification rapide des prophages.

Par conséquent, l'isolement de L. monocytogenes avec peu de différences de polymorphisme d’un seul nucléotidique dans différents endroits (par exemple, les ateliers fournisseurs et les ateliers récepteurs) est possible, soulignant l'importance des métadonnées épidémiologiques et détaillées des isolats pour interpréter les données WGS dans l'enquête de traçabilité.

Notre étude montre également comment les analyses des données WGS avancées peuvent être utilisées pour soutenir les efforts d'analyse des causes profondes et peuvent, par exemple, localiser le moment où un événement de persistance a commencé (qui pourrait alors potentiellement être lié aux changements d'installations, à l'introduction de nouveaux équipements, etc. ).

Dans la conclusion, les auteurs notent,

Dans cette étude, nous avons montré que dans les conditions environnementales retrouvées dans une installation de fumage de poissons, L. monocytogenes évolue plus lentement que ce qui avait été estimé précédemment sur la base d'isolats humains et animaux.

De plus, nous avons également montré que la diversification du prophage est répandue et se produit beaucoup plus rapidement que la diversification d’un seul nucléotidique.

Par conséquent, l'isolement des souches de L. monocytogenes avec peu de différences du polymorphisme d’un seul nucléotidique à différents endroits (par exemple, les ateliers fournisseurs et les ateliers récepteurs) est possible, soulignant l'importance des métadonnées épidémiologiques et isolées détaillées pour interpréter les données du WGS dans les enquêtes de traçabilité. Par exemple, alors que l'isolement d'isolats presque identiques à partir d'équipements en contact avec les aliments immédiatement après désinfection serait un signe de persistance, l'isolement répété dans une zone de matières premières à fort trafic pendant la production pourrait également être dû à la réintroduction. Ce défi est soutenu par le fait que nous avons identifié un isolat étroitement lié au sous-cluster 3b, qui persistait dans l'établissement X évalué ici, dans un autre établissement voisin, semblable aux résultats d'une étude précédente qui a également identifié des isolats de L. monocytogenes étroitement apparentés (< 4 différences du polymorphisme d’un seul nucléotidique) dans des établissements de distribution dans deux États différents aux États-Unis. Bien que nous croyions que cette étude fournisse des résultats clés qui peuvent aider les services réglementaires et l'industrie alimentaire à mieux interpréter les données du WGS de L. monocytogenes provenant d’aliments et des isolats associés aux aliments, de futures études similaires dans des installations avec différentes conditions environnementales seront nécessaires pour fournir une plus large contexte et des résultats plus généralisables. Surtout, nos données suggèrent également que les estimations des ancêtres communs les plus récents pourraient être en mesure d'aider à identifier des événements spécifiques (par exemple, des expansions) qui pourraient avoir été associés à l'introduction de L. monocytogenes persistants ; cette approche peut être utile pour les efforts d'analyse des causes profondes.

*Un prophage est un génome de bactériophage inséré et intégré dans le chromosome d'ADN bactérien circulaire ou existe sous forme de plasmide extrachromosomique.