Maîtrise des biofilms de Listeria : traitement enzymatique et par des bactériocines

« Une étude de l'USDA explore le traitement enzymatique et par des bactériocines pour maîtrise les biofilms de Listeria dans les environnements de transformation alimentaire », source Food Safety Magazine.

Une étude menée par des chercheurs de l’ARS de l’USDA et de l'Université de Virginie a démontré le potentiel de l'association d'une enzyme modifiée et de bactériocines de qualité alimentaire pour perturber les biofilms de Listeria monocytogenes et réduire le nombre de cellules bactériennes viables libérées lors du traitement. Cependant, l'efficacité des traitements variait selon la souche de L. monocytogenes et la bactériocine utilisée.

Publiée dans la revue Pathogens, l'étude a évalué les effets d'une enzyme active sur les hydates de carbone (CAase) et de deux bactériocines, la nisine et la thermophiline 110 (T110), individuellement et en combinaison, contre les biofilms formés par 11 souches de L. monocytogenes.

Listeria monocytogenes peut former des biofilms persistants sur les surfaces fréquemment rencontrées dans les installations de transformation alimentaire, notamment l'acier inoxydable, le caoutchouc et le plastique. Au sein de ces biofilms, les cellules bactériennes sont protégées par une matrice de substances polymériques extracellulaires (EPS) qui peut limiter l'efficacité des procédures de nettoyage-désinfection, permettant ainsi à l'agent pathogène de persister et de potentiellement contaminer les produits alimentaires.

Les enzymes qui dégradent la matrice du biofilm peuvent améliorer l'accès des antimicrobiens aux cellules bactériennes incluses. Des recherches antérieures ont démontré que la CAase pouvait perturber les biofilms de L. monocytogenes et renforcer l'activité antimicrobienne du T110, mais ces résultats se limitaient à une seule souche bactérienne.

Le traitement enzymatique a réduit la biomasse du biofilm pour toutes les souches

Afin d'évaluer la portée plus large du traitement enzymatique et de bactériocine, les chercheurs ont cultivé des biofilms à partir de 11 souches de L. monocytogenes. Des biofilms matures, âgés de six jours, ont ensuite été exposés à la CAase, à la nisine, au T110 ou à des combinaisons de CAase avec l'une ou l'autre bactériocine pendant 20 à 24 heures à 30 °C.

Les chercheurs ont constaté que la CAase, à elle seule, réduisait significativement la biomasse du biofilm pour les 11 souches étudiées, démontrant ainsi sa capacité à dégrader la matrice extracellulaire. Cependant, l'enzyme présentait une faible activité antimicrobienne et le traitement augmentait généralement le nombre de cellules bactériennes viables libérées des biofilms.

La nisine seule a réduit de manière significative la biomasse du biofilm dans neuf des onze souches, tandis que le T110 seul a produit des réductions significatives dans seulement deux souches

Pour deux souches, l'association de la CAase et de la nisine a permis d'améliorer davantage la destruction du biofilm par rapport à l'utilisation de la CAase seule. De même, l'association de la CAase et du T110 a amélioré la destruction du biofilm pour deux souches différentes.

Pour la plupart des souches, cependant, l'ajout de bactériocine n'a pas amélioré de manière significative la réduction de la biomasse au-delà de celle obtenue avec la CAase seule.

La nisine est plus efficace pour inhiber les cellules viables de Listeria

Bien que la CAase ait efficacement perturbé les structures du biofilm, les chercheurs ont souligné l'importance d'inactiver les cellules bactériennes libérées lors du traitement enzymatique afin d'empêcher leur propagation potentielle.

La nisine s'est avérée plus efficace que le T110 pour réduire la récupération de cellules viables de L. monocytogenes à partir de biofilms traités. Utilisée seule ou en association avec la CAase, la nisine a réduit la récupération de cellules viables en dessous des niveaux témoins non traités pour les 11 souches étudiées.

En revanche, le traitement par T110 seul a permis une récupération de cellules viables comparable, voire supérieure, à celle des témoins non traités pour cinq souches. Combiné à la CAase, T110 a induit une récupération de cellules viables similaire, voire supérieure, à celle des témoins pour six souches, suggérant que la concentration de bactériocine utilisée était insuffisante pour inactiver systématiquement les cellules libérées.

Des tests complémentaires ont montré que la concentration bactéricide minimale du T110 était d'au moins 2 048 unités arbitraires par millilitre pour de nombreuses souches, dépassant ainsi la concentration utilisée dans les expériences sur les biofilms. En comparaison, la concentration bactéricide minimale de la nisine était de 25 microgrammes par millilitre ou moins pour toutes les souches, ce qui concorde avec sa plus grande efficacité dans les conditions expérimentales.

Implications pour la maîtrise de Listeria dans les installations de transformation alimentaire

Les chercheurs ont conclu que la combinaison d'une enzyme dégradant le biofilm avec une bactériocine pourrait offrir une approche biosourcée pour maîtriser la contamination persistante par L. monocytogenes dans les environnements de production alimentaire.

Les résultats suggèrent notamment que la CAase et la nisine pourraient être intégrées aux procédés de nettoyage en place ou de désinfection par pulvérisation. Cependant, les chercheurs ont constaté la présence de biomasse résiduelle de biofilm après traitement, indiquant que des composés dégradant le biofilm ou d'autres interventions pourraient s'avérer nécessaires.

L’étude a été menée en laboratoire dans des conditions contrôlées, avec des biofilms monospécifiques et des surfaces standardisées. Les chercheurs ont préconisé des investigations complémentaires dans des conditions pertinentes pour l’industrie, notamment avec des biofilms mixtes, différentes surfaces en contact avec les aliments, des charges organiques variées et des variations de température.

Des recherches supplémentaires ont également été recommandées afin de mieux comprendre les facteurs moléculaires et structurels contribuant aux réponses au traitement dépendantes de la souche et d'évaluer les effets d'une exposition répétée à l'enzyme-bactériocine.