A propos de l'élimination de biofilms monospécifiques et bispécifiques de Escherichia coli O157:H7 et de Listeria monocytogenes formés sur diverses surfaces en contact avec les aliments en flux dynamique par l'acide peracétique

Longtemps, je me suis intéressé aux biofilms. Il s’agit de cette forme de vie usuelle des micro-organismes, qui, comme chacun le sait, ne vivent pas en suspension.

Ainsi en est-il de nouvelle article à paraître où il va être question de biofilms en flux dynamique, comme dans la vraie vie, et du rôle d’un désinfectant majeur en entreprise alimentaire, l’acide peracétique.

On sait que les désinfectants ne sont pas des produits qui font des miracles sur les surfaces en contact avce les aliments, le nettoyage préalable est toujours indispasable. Ici les auteurs de l’étude montre une nouvelle donne des surfaces en contact avec les aliments avec la notion d'aplatissement d'une surface (ou kurtosis* surfacique), en résumé la topographie de la surface et non pas la seule rugosité. L’étude a aussi utilisé une bactérie environnementale** Gram négatif, reconnue comme ayant un fort producteur de biofilm. Voilà, vous lire dans cet article, les Faits saillant, le résumé et la conclusion, et vous vous direz avec les auteurs qu’il est particulièrement difficile d’éliminer un biofilm avec un désinfectant, fut-ce l’acide peracétique. Mais n’anticipons pas, bonne lecture !

Va paraître dans Journal of Food Protection un article intitulé, « Efficacy of Peracetic Acid in Removing Escherichia coli O157:H7 and Listeria monocytogenes from Single- and Dual-Species Biofilms formed on Various Food Contact Surfaces under Dynamic Flow » (Efficacité de l'acide peracétique pour l'élimination des biofilms monospécifiques et bispécifiques de Escherichia coli O157:H7 et de Listeria monocytogenes formés sur diverses surfaces en contact avec les aliments en flux dynamique).

Faits saillants

• Le stress lié aux forces de cisaillement influence la formation du biofilm et son élimination par l'acide peracétique.
• Les pathogènes sont plus difficiles à éliminer des surfaces en EPDM (Éthylène-Propylène-Diène Monomère un caoutchouc synthétique).
• L. monocytogenes est plus résistant que E. coli O157:H7 au sein du biofilm.
• La bactérie indigène Ralstonia insidiosa protège les pathogènes présents dans les biofilms contre le désinfectant.

Résumé

Les biofilms de Escherichia coli O157:H7 et de Listeria monocytogenes survivent souvent aux procédures de nettoyage et de désinfection standardisées, ce qui représente un risque majeur pour la sécurité des aliments dans le secteur de la transformation alimentaire. Pour étudier ce phénomène, nous avons cultivé des biofilms monospécifiques et bispécifiques de ces pathogènes en co-culture avec la bactérie Ralstonia insidiosa, jouant le rôle de promoteur, sur des coupons de différents matériaux en contact avec les aliments (acier inoxydable, PTFE et EPDM), dans des conditions de contrainte de cisaillement contrôlées. Les coupons portant les biofilms ont ensuite été transférés dans un réacteur Bio-inLine® afin d'évaluer l'efficacité de décontamination de l'acide peracétique selon diverses conditions hydrodynamiques.

L'efficacité de l'acide peracétique a varié en fonction du type de surface, des conditions de cisaillement lors de la formation du biofilm et de la durée d'exposition. L'EPDM s'est révélé être systématiquement la surface la plus difficile à nettoyer ; le traitement à l'acide peracétique a permis une réduction de E. coli significativement plus faible sur EPDM que sur l'acier inoxydable (0,81 contre 5,09 log UFC/cm²) pour les biofilms formés sous une force de cisaillement élevée. Une force de cisaillement élevée durant le développement du biofilm a probablement favorisé une architecture matricielle plus résistante dans les biofilms monospécifiques des pathogènes, tandis que R. insidiosa a offert une protection supplémentaire à ces derniers, agissant potentiellement comme une barrière structurelle.

Nos résultats suggèrent que les protocoles de nettoyage et de désinfection pourraient nécessiter une optimisation en fonction du matériau de surface afin de garantir une élimination plus efficace des biofilms. Par ailleurs, la gestion des zones opérationnelles soumises à un cisaillement élevé et le choix des types de surfaces seront essentiels, car ces facteurs physiques peuvent influencer la pénétration de l'acide peracétique et l'élimination ultérieure du biofilm.

Conclusion

Cette étude met en évidence le fait que le matériau de surface et la force de cisaillement hydrodynamique lors de la transformation influencent considérablement l'efficacité de l’acide peracétique, pour l'élimination des biofilms.

La valeur élevée de l'aplatissement d'une surface (ou kurtosis surfacique) de l'EPDM crée un environnement protecteur pour les bactéries et favorise la formation de biofilms persistants sur les lignes de transformation alimentaire ; cela met en évidence que la topographie de la surface peut jouer un rôle plus déterminant que la simple rugosité dans l'efficacité anti-biofilm des désinfectants.

L'écoulement hydrodynamique du fluide affecte considérablement la résistance des biofilms, car ceux qui se forment sous un fort cisaillement peuvent présenter une résilience accrue aux traitements par les désinfectants. Par ailleurs, le rôle de R. insidiosa comme promoteur de croissance ou d'activité métabolique dans les environnements plurispécifiques souligne la nécessité de protocoles de désinfection ciblant les bactéries facilitatrices présentes dans l'environnement, lesquelles uniformisent la résistance microbienne sur divers matériaux.

Nos résultats démontrent que le choix du désinfectant est complexe et dépend des paramètres du procédé de transformation alimentaire. Les conditions de cisaillement, la nature des matériaux de surface ainsi que l'usure structurelle de la surface polymère peuvent influencer l'efficacité anti-biofilm du désinfectant.

** L’aplatissement d'une surface (ou kurtosis surfacique est un paramètre métrologique et statistique qui mesure l'acuité et la distribution des pics et des vallées d'une texture de surface par rapport à une loi normale.

** Ralstonia insidiosa est une bactérie environnementale Gram négatif, reconnue comme un fort producteur de biofilm jouant un rôle de « pont » ou de promoteur pour l'adhésion d'autres pathogènes. La bactérie survit en milieu pauvre en nutriments, les réseaux d'eau et les milieux industriels. Voir aussi ici.

Le rôle des biofilms bactériens dans la résistance aux antimicrobiens

Les mécanismes conduisant à la résistance se produisent simultanément au sein d’un biofilm mature, source Wikimédia Commons.

Les biofilms peuvent avoir un impact sur l’efficacité antimicrobienne ainsi que sur les réponses immunitaires. Dans notre 3ème article le plus lu de 2023, Rodney Rohde et Andrea Prinzi explorent comment les biofilms contribuent à la résistance aux antimicrobiens et à l’établissement d’infections persistantes et chroniques. 

Biofilms can impact antimicrobial efficacy, as well as immune responses. In our 3rd most-read article of 2023, @RodneyRohde & @andreaprinzi explore how biofilms contribute to antimicrobial resistance & the establishment of persistent & chronic infections. https://t.co/vDD82w8Bab

— ASM (@ASMicrobiology) December 27, 2023

Rôles des biofilms bactériens dans la résistance aux antimicrobiens

Légende. Mécanismes conduisant à la résistance se produisent simultanément au sein d’un biofilm mature. Source Wikimédia Commons.

Les biofilms peuvent avoir un impact sur l’efficacité antimicrobienne ainsi que sur la réponse immunitaire, contribuant à la résistance aux antimicrobiens et permettant l’établissement d’infections persistantes ou chroniques. En apprendre encore plus dans The Role of Bacterial Biofilms in Antimicrobial Resistance.

Biofilms can impact antimicrobial efficacy, as well as the immune response, contributing to antimicrobial resistance and allowing the establishment of persistent or chronic infections. Learn more: https://t.co/L1o2eohYog #WAAW #USAAW23

— ASM (@ASMicrobiology) November 24, 2023

A propos des biofilms de Pseudomonas aeruginosa

Pour ceux qui s’intéressent au biofilm de Pseudomonas aeruginosa …

L'inhibition de la capacité de respiration de P. aeurginosa peut déclencher la dispersion d'un biofilm cultivé en association avec des cellules épithéliales respiratoires humaines en culture. Ces résultats dans Applied and Environmental Microbiology donnent un aperçu du fonctionnement du processus de dispersion du biofilm.

L’étude est intitulée «L'inhibition respiratoire bactérienne déclenche la dispersion des biofilms de Pseudomonas aeruginosa.» L’article est disponible en intégralité.

Inhibiting P. aeurginosa’s ability to respire can trigger dispersal from a biofilm grown in association with human respiratory epithelial cells in culture. These results in #AppEnvMicro provide insight into how the biofilm dispersal process works. https://t.co/M4gZnxHMA0 pic.twitter.com/etHx9XnIMV

— ASM (@ASMicrobiology) September 29, 2023

De la protection de norovirus par des biofilms de bactéries présentes dans les légumes et fruits frais

Une étude parue dans Applied and Environmental Microbiology a pour titre «Protective Effect of Select Bacterial Species Representative of Fresh Produce on Human Norovirus Surrogates Exposed to Disinfecting Pulsed Light» (Effet protecteur de certaines espèces bactériennes représentatives des produits frais sur les substituts de norovirus humain exposés à la lumière pulsée désinfectante).

Résumé

La contamination des baies et des légumes-verts à feuilles par norovirus humain (HuNoV) est une cause majeure d'épidémies de gastro-entérites dans le monde. En utilisant un norovirus murin de type 1 (MNV-1) et le virus Tulane, nous avons étudié l'extension possible de la persistance de HuNoV par des bactéries épiphytes productrices de biofilm sur les produits frais. Neuf espèces bactériennes fréquemment présentes à la surface des baies et des légumes verts à feuilles (Bacillus cereus, Enterobacter cloacae, Escherichia coli, Kocuria kristinae, Lactobacillus plantarum, Pantoea agglomerans, Pseudomonas fluorescens, Raoultella terrigena et Xanthomonas campestris) ont été évaluées pour leur capacité à former des biofilms et dans des microplaques de 96 puits. Les bactéries formant un biofilm ont ensuite été testées pour la liaison avec le MNV-1 et le virus Tulane et leur capacité à les protéger contre la perte d'intégrité de la capside lors d'une exposition à une lumière pulsée désinfectante à une fluence de 11,52 J/cm2.

Sur la base des réductions virales, le MNV-1 n'a pas bénéficié de l'attachement au biofilm alors que le virus Tulane était significativement plus résistant que le témoin lorsqu'il était attaché aux biofilms de E. cloacae (P ≤ 0,01), E. coli (P ≤ 0,01), K. kristinae (P ≤ 0,01), P. agglomerans (P ≤ 0,05) ou P. fluorescens (P ≤ 0,0001). La dispersion enzymatique du biofilm et les observations microscopiques suggèrent que la composition de la matrice du biofilm peut contribuer à la résistance au virus. Nos résultats indiquent que l'interaction directe virus-biofilm protège le virus Tulane contre la lumière pulsée désinfectante, et que le HuNoV sur les produits frais pourrait donc résister à un tel traitement plus que ne le suggèrent les tests de laboratoire jusqu'à présent.

Importance

Des études récentes ont montré que des bactéries peuvent être impliquées dans la fixation de HuNoV à la surface des produits frais. Étant donné que ces aliments sont difficiles à désinfecter par les méthodes conventionnelles sans compromettre la qualité du produit, des désinfectants non thermiques non chimiques tels que la lumière pulsée sont à l'étude. Nous cherchons à comprendre comment HuNoV interagit avec les bactéries épiphytes, en particulier avec les biofilms formés par les épiphytes bactériens, avec les cellules et les substances polymériques extracellulaires, et à déterminer s'il échappe ainsi à l'inactivation par la lumière pulsée.

Les résultats de cette étude devraient faire progresser la compréhension des effets des biofilms épiphytes sur la persistance de l'intégrité des particules de HuNoV après un traitement par lumière pulsée et ainsi guider la conception de nouvelles stratégies de maîtrise des pathogènes dans l'industrie alimentaire.

Dévoiler les secrets des biofilms grâce à une source lumineuse

Lorsque les bactéries s'unissent pour former des communautés, elles peuvent construire des structures complexes. La photo montre des biofilms de Bacillus subtilis de type sauvage. ©Liraz Chai/HUJI

«Dévoiler les secrets des biofilms avec la source lumineuse BESSY II», source Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB).

La plupa rt des bactéries ont la capacité de former des communautés. Ils forment des biofilms q ui adhèrent à une grande variété de surfaces et sont difficiles à enlever. Cela peut entraîner des problèmes majeurs, par exemple dans les hôpitaux ou dans l'industrie alimentaire. Une équipe internationale dirigée par l'Université hébraïque de Jérusalem et l'Université technique de Dresde a étudié un système modèle pour les biofilms avec la source de rayonnement synchrotron BESSY II au HZB et à l'European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) de Grenoble et a découvert quel rôle les structures à l'intérieur du biofilm dans la distribution des nutriments et de l'eau.

Les biofilms bactériens peuvent se développer sur presque tous les types de surfaces : on les trouve sur les pierres et les plantes, sur les dents et les muqueuses, mais aussi sur les lentilles de contact, les implants médicaux ou les cathéters, dans les tuyaux de l'industrie laitière ou les conduites d'eau potable, où ils menacer gravement la vie humaine peut représenter la santé. Certains biofilms sont également utiles, par exemple, certains biofilms sont responsables non seulement des nombreux petits trous dans la production de fromages, mais aussi du goût fort.

Un tissu avec des structures spéciales

«Les biofilms ne sont pas seulement une collection de très nombreuses bactéries, mais des tissus avec des structures spéciales», explique le professeur Liraz Chai de l'Université hébraïque de Jérusalem. Ensemble, les bactéries forment une couche protectrice de glucides et de protéines, la soi-disant matrice extracellulaire. Cette matrice protège les bactéries des désinfectants, des rayons UV ou de la dessiccation et garantit que les biofilms sont vraiment difficiles à éliminer mécaniquement ou à éradiquer chimiquement. Cependant, la matrice n'est pas une boue homogène: «C'est un peu comme dans une feuille de plantes, il y a des structures spécialisées, par exemple des canaux d'eau qui résident dans de minuscules rides», explique Chai. Mais le rôle joué par ces structures et ce qui se passe au niveau moléculaire dans un biofilm n'était pas connu jusqu'à présent. En collaboration avec le professeur Yael Politi, TU Dresde, experte en caractérisation de matériaux biologiques, Chai a donc demandé le temps de mesure à la source du rayonnement synchrotron BESSY II à HZB.

La bonne chose à propos de BESSY II est que nous pouvons cartographier des zones assez vastes. En combinant la diffraction des rayons X avec la fluorescence, non seulement nous pouvons analyser très précisément les structures moléculaires à travers le biofilm, mais nous pouvons également suivre simultanément l'accumulation de certains ions métalliques qui sont transportés dans le biofilm et découvrir certains de leurs rôles biologiques», précise Yael Politi.

Système modèle pour de nombreux biofilms

Comme échantillons, les scientifiques ont utilisé des biofilms de Bacillus subtilis, une bactérie inoffensive qui se développe sur les racines des plantes et forme une symbiose utile avec elles: elle stocke l'eau afin que la plante puisse éventuellement absorber l'humidité du biofilm pendant la sécheresse et protège également les racines des agents pathogènes. En retour, les cellules du biofilm se nourrissent des exsudats racinaires. Néanmoins, les bactéries Bacillus subtilis peuvent servir de système modèle pour de nombreux autres biofilms bactériens.

Avec la lumière MySpot de BESSY II, ils ont examiné une grande surface (mm2) de ces échantillons de biofilm. Ils ont pu résoudre spatialement les structures du biofilm et bien distinguer les composants de la matrice, les cellules bactériennes, les spores et l'eau. «La spectroscopie de fluorescence X est une méthode qui nous permet d'identifier des ions métalliques importants tels que le calcium, le zinc, le manganèse et le fer», même lorsqu'ils sont présents à l'état de traces, explique le Dr Ivo Zizak, physicien au HZB et responsable du MySpot. Cela a permis de corréler entre la morphologie du biofilm et la distribution des ions métalliques.

Formation de spores à des endroits inattendus

L'évaluation montre que les ions calcium s'accumulent préférentiellement dans la matrice, tandis que les ions zinc, manganèse et fer s'accumulent le long des rides, où ils peuvent éventuellement déclencher la formation de spores, importantes pour la dispersion des bactéries.

«Nous ne nous attendions pas à cela, car normalement les spores se forment sous l'effet du stress, par exemple la déshydratation. Mais ici, elles sont liées aux canaux d'eau, probablement en raison de l'accumulation d'ions métalliques», explique Chai.

Les résultats montrent que les structures de la matrice jouent non seulement un rôle important dans la distribution des nutriments et de l'eau, mais influencent également activement la capacité des bactéries à se comporter comme un organisme multicellulaire. «Cela pourrait nous aider à mieux gérer les biofilms dans leur ensemble, les plus bénéfiques comme les plus dangereux», explique Liraz Chai.

Référence

PNAS 2022

Multiscale X-ray study of Bacillus subtilis biofilms reveals interlinked structural hierarchy and elemental heterogeneity

David N. Azulay, Oliver Spaeker, Mnar Ghrayeb, Michaela Wilsch-Bräuninger, Ernesto Scoppola, Manfred Burghammer, Ivo Zizak, Luca Bertinetti, Yael Politi and Liraz Chai

Aux lecteurs du blog

Comme le montre cette notice de la BNF, le blog Albert Amgar a été indexé sur le site de la revue PROCESS Alimentaire. 10 052 articles initialement publiés par mes soins de 2009 à 2017 sur le blog de la revue sont aujourd’hui inacessibles. Disons le franchement, la revue ne veut pas payer 500 euros pour remettre le site à flots, alors qu’elle a bénéficié de la manne de la publicité faite lors de la diffusion de ces articles.

Contrôler la croissance de Listeria monocytogenes et la formation de biofilm à l'aide de flavonoïdes

Poursuite des articles sur les biofilms dans les entreprises alimentaires, après quatre articles sur les biofilms, 1, 2, 3 et 4, voici donc le cinquième qui concerne «Contrôler la croissance de Listeria monocytogenes et la formation de biofilm à l'aide de flavonoïdes», source article paru dans Journal of Food Protection.

Il ne s’agit d’une première en ce qui concerne les flavonoïdes et les biofilms, mais cependant c’est, me semble-t’il, le cas pour Listeria monocytogenes.

Résumé

Le but de la présente étude était d’investiguer a capacité de produits naturels dérivés de plantes (composés flavonoïdes) à réduire et/ou inhiber la capacité de formation de biofilm de Listeria monocytogenes. Une collection de 500 flavonoïdes synthétiques et naturels a été testée sur des souches de L. monocytogenes pour leur activité antimicrobienne et anti-biofilm. L'inhibition du biofilm de L. monocytogenes par les composés flavonoïdes a été testée sur i) des coupons en acier inoxydable à l'aide d'une coloration au cristal violet et ii) des lames de verre à l'aide d'une imagerie microscopique confocale à balayage laser. Les flavonoïdes ont été testés contre un cocktail de 5 souches de L. monocytogenes à une concentration de 100 µM pour déterminer leur effet sur la croissance planctonique. Au total, 17 flavonoïdes ont été choisis pour une étude plus approfondie en raison de leur capacité à réduire de manière significative la croissance de L. monocytogenes dans du bouillon BHI, tandis que 2 flavonoïdes ont été choisis car ils ont en fait augmenté la croissance. Une concentration plus faible de composés flavonoïdes (50 µM) a été sélectionnée pour étudier leurs effets sur la formation de biofilm de L. monocytogenes en utilisant i) des coupons en acier inoxydable pour quantifier la biomasse et ii) des coupons en verre pour observer l'architecture du biofilm. Les 19 flavonoïdes ont montré différents niveaux d'inhibition de la croissance de L. monocytogenes, allant de 2% à 100%, par rapport aux témoins positifs et négatifs respectifs sur acier inoxydable, après 48 h d'incubation à 22°C. De plus, par rapport aux témoins, la plupart des 19 flavonoïdes ont significativement (p ≤ 0,05) inhibé la formation de biofilm, avec au moins une des souches de L. monocytogenes ou à l'une des températures testées. En fait, lorsqu'ils ont été cultivés dans un bouillon BHI avec 50 µM des 19 composés flavonoïdes sélectionnés pendant 48 h à 22°C, il y avait des réductions visibles de la formation de biofilm de L. monocytogenes sur les coupons de verre. Dans l'ensemble, nous avons trouvé que plusieurs composés flavonoïdes étaient des agents anti-biofilm et antimicrobiens prometteurs contre L. monocytogenes.

Aux lecteurs du blog

Grâce à la revue PROCESS Alimentaire, vous n'avez plus accès aux 10 052 articles initialement publiés par mes soins de 2009 à 2017 sur le lien suivant, http://amgar.blog.processalimentaire.com/. Triste histoire de sous ... merci de leur faire part de cette anomalie ! 

Formation de biofilms composés de plusieurs espèces et leur résistance aux désinfectants dans les environnements de transformation alimentaire

Processus hypothétique de formation d’un biofilm composé de plusieurs espèces: (1) attachement réversible, les cellules planctoniques s'attachent de manière non spécifique à la surface et s'agrègent de manière lâche, qui peuvent se dissocier et redevenir des cellules planctoniques. (2) attachement irréversible, les cellules microbiennes s'attachent de manière irréversible à la surface, les cellules commencent à sécréter des substances polyméiques extra cellulaires (EPS) et des molécules de type qorum sensing (QS), et la population agrégée continue de croître. (3) la formation de microcolonies, les cellules microbiennes interagissent pour former des microcolonies, et les cellules de plusieurs espèces et des mêmes espèces communiquent via les facteurs QS et EPS. (4) maturation du biofilm, les microcolonies continuent de croître et forment des structures de biofilm matures; (5) dispersion ou séparation: (a) les cellules microbiennes diffusent activement et retournent à un état planctonique; (b) les modifications des conditions environnementales, telles que les mesures de nettoyage et de désinfection, détachent passivement les agrégats de biofilm des biofilms matures. La disposition spatiale des micro-organismes dans les biofilms composés de plusieurs espèces dans cette figure est basée sur un modèle mixte.  

Le blog vous propse en cette nouvelle année un troisième article sur le sujet du biofilm. Voir les précédents articles ici et ici. Un quatrième article vous sera proposé prochaînement.

Voici donc «Formation de biofilms composés de plusieurs espèces et leur résistance aux désinfectants dans les environnements de transformation alimentaire: une revue», source article paru dans Journal of Food Protection. L’article est disponible en intégralité.

Résumé

Dans les environnements de transformation alimentaire, divers micro-organismes peuvent adhérer et s'agréger à la surface d’équipements, entraînant la formation de biofilms composés de plusieurs espèces. Des interactions complexes entre les micro-organismes peuvent affecter la formation de biofilms composés de plusieurs espèces et la résistance aux désinfectants, qui sont des problèmes de sécurité sanitaire et de qualité des aliments. Cet article passe en revue les diverses interactions entre les micro-organismes dans les biofilms composés de plusieurs espèces, y compris les interactions compétitives, coopératives et neutres. Ensuite, les mécanismes préliminaires sous-jacents à la formation de biofilms composés de plusieurs espèces sont discutés en relation avec des facteurs, tels que les molécules signal de type quorum sensing, les substances polymères extracellulaires et les gènes régulés par le biofilm. Enfin, les mécanismes de résistance des micro-organismes contaminants courants aux désinfectants dans les environnements de transformation alimentaire sont également résumés. Cette revue devrait faciliter une meilleure compréhension des interactions inter espèces et fournir des implications pour la maîtrise des biofilms composés de plusieurs espèces dans la transformation alimentaire.

Faits saillants

- L'interaction composés de plusieurs espèces dans des biofilms est souvent coopérative, compétitive ou neutre.

- Les molécules du quorum sensing, les substances polymériques extracellulaires (EPS) et les gènes régulés par le biofilm affectent la formation de biofilm composé de plusieurs espèces.

- La résistance aux désinfectants des biofilms composés de plusieurs espèces dépend de substances polymériques extracellulaires et de l'âge du biofilm.

- Les études sur les biofilms composés de plusieurs espèces sont moins ciblées sur la diversité élevée des biofilms.

Conclusions et perspectives d'avenir

Les interactions entre les micro-organismes se produisent fréquemment et peuvent éventuellement conduire à la formation de biofilms composés de plusieurs espèces denses, complexes et hautement structurés au cours de la transformation alimentaire. Les interactions coopératives, compétitives ou neutres entre les pathogènes d'origine alimentaire (tels que Salmonella, L. monocytogenes, S. aureus et E. coli) et d'autres micro-organismes dans les biofilms peuvent augmenter la pathogénicité. Comprendre les mécanismes préliminaires de la formation de biofilms composés de plusieurs espèces peut fournir des orientations pour bloquer et éliminer la formation de certains biofilms indésirables. L'utilisation du rôle antagoniste d'autres espèces microbiennes peut contribuer au développement de méthodes de maîtrise des bactéries pathogènes dans les environnements de transformation alimentaire. Cependant, la résistance accrue aux désinfectants de la plupart des biofilms composés de plusieurs espèces reste un grand défi dans l'industrie alimentaire. Dans cet article, les mécanismes préliminaires de la résistance des biofilms composés de plusieurs espèces aux désinfectants ont été discutés, tels que le type de souche, les substances extra polymériques, l'âge du biofilm et l'état nutritionnel. Une exploration plus approfondie de ces facteurs peut aider à développer de nouveaux désinfectants plus efficaces. De plus, la combinaison de désinfectants avec d'autres méthodes (telles que des enzymes, des bactériophages, des ultrasons et l'ozone) peut grandement améliorer l'efficacité de la maîtrise des biofilms composés de plusieurs espèces. À l'heure actuelle, le mécanisme sous-jacent à la formation de biofilms composés de plusieurs espèces n'est toujours pas entièrement compris. De nombreuses études en laboratoire sur les biofilms composés de plusieurs espèces se sont concentrées sur des biofilms ayant une diversité faible, tels que les biofilms composés de deux à quatre espèces. Avec l'augmentation des micro-organismes cohabitant, il y aura une augmentation significative du nombre de population, ce qui augmentera la complexité de la recherche. Bien que de telles études puissent être difficiles, c'est un bon moyen d'explorer les mécanismes de formation des biofilms et les mécanismes de résistance aux désinfectants des biofilms composés de plusieurs espèces avec plus de quatre espèces en utilisant des techniques de séquençage à haut débit, telles que la transcriptomique, la protéomique et métabolomique. Il existe déjà de nombreuses études qui ont utilisé la microscopie confocale à balayage laser et ont des rendus tridimensionnels de biofilms composés de plusieurs espèces. À l'avenir, le processus dynamique de formation des biofilms composés de plusieurs espèces pourra être exploré en combinant l'hybridation in situ par fluorescence et la microscopie confocale à balayage laser et enfin la visualisation tridimensionnelle du processus de formation des biofilms.

D'autres études sur ces questions aideront à trouver des moyens appropriés et efficaces de prévenir et de maîtriser la formation de biofilms composés de plusieurs espèces dans les environnements de transformation alimentaires.

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De la lutte contre les biofilms dans les entreprises alimentaires, une suite ...

«Aucune approche unique ne maîtrise efficacement les biofilms dans les installations de transformation alimentaires», source article deChris Kogeron paru 15 novembre 2021 dans Food Safety News.

Les transformateurs et les fabricants d'aliments ont pour mission de fournir des aliments de qualité et sûrs aux consommateurs.

Le cheminement pour réussir dans cette mission, cependant, est différent pour chaque entreprise. Chaque ingrédient, processus de fabrication, installation et produit fini présente des défis uniques en matière de sécurité alimentaire et les bonnes pratiques de fabrication actuelles (cGMPs pour current good manufacturing practices) pour les relever.

Cependant, il existe un ennemi commun qui prospère dans la plupart des usines de fabrication d'aliments. Les biofilms sont une masse naturelle de pathogènes protégés par une substance polymérique extracellulaire (EPS), qui se fixe aux surfaces et résiste aux tentatives de désinfection.

Signes d'avertissement de la présence de biofilms

Lorsque les inspecteurs de la FDA ou d'organisations tierces parties certifiées visitent des installations alimentaires, ils ne recherchent pas spécifiquement de biofilm, qui est invisible à l'œil nu. Les inspecteurs sont formés pour reconnaître les conditions qui indiqueraient la présence d'un biofilm, comme les résidus alimentaires sur l'équipement et d'autres surfaces, ainsi que les siphons de sol, car ils sont connus pour héberger des biofilms.

«Nous examinons si les programmes de nettoyage-désinfection sont efficaces, y compris si l'entreprise effectue des essais pour des micro-organismes indicateurs où des nombres élevés pourraient indiquer un nettoyage-désinfection inadéquat et éventuellement des biofilms», selon une porte-parole de la FDA. «Nous prenons souvent nos propres écouvillons si nous constatons des conditions douteuses.»

Si les échantillons présentent un nombre élevé de pathogènes après nettoyage-désinfection, il est probable qu'ils soient protégés par un biofilm et non par des micro-organismes flottant librement. Les zones où l'eau ne s'écoule pas sont un autre signal d’alerte, a-t-elle dit.

Il est essentiel que les plans de sécurité des alimentaire préviennent les conditions qui favorisent l'établissement et la croissance de biofilms.

«Établissez et mettez en œuvre de cGMPs et des programmes de contrôle de nettoyage-désinfection, envisagez une évaluation de la nettoyabilité de l'équipement lors de l'analyse des dangers et développez des programmes de nettoyage qui préviennent la formation de biofilms», a dit la porte-parole de la FDA.

Méthodes de maîtrise du biofilm

Si un biofilm est présent dans une usine de transformation des aliments, il existe plusieurs façons d'attaquer les EPS et les pathogènes. Bob Forner, directeur du marketing pour Hunt Valley, a dit que les méthodes ont des degrés de succès variables. Sterilex fabrique des produits de contrôle microbien qui attaquent non seulement les agents pathogènes du biofilm, mais également la structure de l’EPS. Si la structure protectrice reste intacte, les pathogènes peuvent repeupler le biofilm en deux jours, a déclaré Forner.

Les principaux moyens de réagir au biofilm dans une installation alimentaire sont les suivants:

nettoyer à la main : un savon/détergent peut aider à décomposer l’EPS, et l'huile de coude permet de soulever la structure de la surface. Cela demande beaucoup de main-d'œuvre et certaines zones sont difficiles d'accès pour le récurage à la main, a déclaré Forner. Bien que le boîtier de protection soit attaqué avec un lavage à la main, un désinfectant enregistré par l' Environmental Protection Agency (EPA) est nécessaire pour détruire les micro-organismes logés dans la structure.

chaleur: Un traitement de type autoclave, chauffant une surface à au moins 129,5°C, est efficace. Cela nécessite une utilisation importante d'énergie, et de nombreux matériaux et équipements dans une installation alimentaire ne peuvent pas être chauffés à la température nécessaire, a dit Forner. (Pensez aussi à autoclaver les pièces démontables d’un siphon de sol -aa)

oxydation chimique: Les nettoyants et désinfectants oxydants se divisent en deux catégories, selon Sterilex. Les oxydants réactifs avec l'EPS tels que l'eau de Javel, l'iode et l'ozone sont plus agressifs pour l'équipement et ne pénètrent pas complètement la structure du biofilm, et les oxydants pénétrant dans l'EPS traversent les couches de biofilm pour tuer les pathogènes. Ils sont incapables de tuer à la fois l'EPS et les pathogènes, a-t-il dit.

agents sur les biofilms: la technologie PerQuat de Sterilex est approuvée par l'EPA pour tuer les organismes du biofilm et éliminer le biofilm des surfaces. La chimie brevetée combine un oxydant, le peroxyde d'hydrogène, et un catalyseur de transfert de phase, l'ammonium quaternaire, pour pénétrer le biofilm et libérer le peroxyde pour tuer les organismes à l'intérieur.

Maintenance/Prévention: bien que la Loi sur la modernisation de la sécurité des aliments promulguée il y a plus de 10 ans, ne traite pas des biofilms, les règlements sont conçus pour se concentrer sur la prévention des conditions qui pourraient conduire à des épidémies de maladies d'origine alimentaire causées par des pathogènes qu'ils contiennent.

«La FSMA (ou Food Safety Modernization Act) se concentre sur le contrôle des dangers et des biofilms pouvant contenir des pathogènes seraient traités par des contrôles préventifs du nettoyage-désinfection qui sont requis dans de nombreux plans de sécurité des aliments, ainsi que les cGMPs», a dit la porte-parole de la FDA.

Une combinaison de ces étapes est le moyen le plus efficace de lutter contre les biofilms dans une installation alimentaire, a dit Forner.

«Les programmes de lavage des mains et de maintenace font partie de presque tous les plans principaux de nettoyage-désinfection de la transformation des aliments», a dit Forner. «Combiner ces méthodes avec la chimie appropriée enregistrée par l'EPA est un moyen puissant de mettre les biofilms hors de l'installation de transformation des aliments.»

NB: L’image est extraite du site de l’Institut Pasteur, Fighting biofilms.

Aux lecteurs du blog

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A propos des bioflms de Listeria monocytogenes dans des entreprises alimentaires

On pense que la principale source de contamination des aliments par Listeria monocytogenes est due à la formation et/ou à la persistance de biofilm dans les usines de transformation des aliments. En s'établissant comme un biofilm, les cellules de L. monocytogenes deviennent plus difficiles à éradiquer en raison de leur résistance accrue aux menaces environnementales ...

Ainsi rapporte une étude parue dans Applied and Environmental Microbiology qui traite de la formation de biofilm par Listeria monocytogenes 15G01, un isolat persistant dans une usine de transformation des produits de la mer. Ce biofilm est influencé par l'inactivation de plusieurs gènes appartenant à différents groupes fonctionnels.

Résumé

Listeria monocytogenes est un pathogène alimentaire omniprésent qui entraîne un taux élevé de mortalité chez les personnes sensibles et immunodéprimées. On pense que la contamination des aliments par L. monocytogenes se produit pendant la transformation des aliments, le plus souvent en raison de la production par l'agent pathogène d'un biofilm qui persiste dans l'environnement et qui agit comme source de dispersion ultérieure des cellules sur les aliments. Une enquête dans les usines de transformation des produits de la mer en Nouvelle-Zélande a identifié la souche persistante 15G01, qui a une grande capacité à former des biofilms. Dans cette étude, une bibliothèque de transposons de L. monocytogenes 15G01 a été criblée pour des mutants avec une formation altérée du biofilm, évaluée par un test au cristal violet, afin d'identifier les gènes impliqués dans la formation du biofilm. Ce criblage a identifié 36 transposaons qui ont montré un changement significatif dans la formation de biofilm par rapport au type sauvage. Les sites d'insertion se trouvaient dans 27 gènes, dont 20 conduisaient à une diminution de la formation du biofilm et sept à une augmentation. Deux insertions étaient dans des régions intergéniques. L'annotation des gènes suggère qu'ils sont impliqués dans divers processus cellulaires, y compris la réponse au stress, l'autolyse, les systèmes de transport et la synthèse de la paroi et de la membrane cellulaire. L'analyse des biofilms produits par les transposons en utilisant la microscopie électronique à balayage et la microscopie à fluorescence a montré des différences notables dans la structure des biofilms par rapport au type sauvage. En particulier, l'inactivation de l'uvrB et de mltD a produit respectivement , des cellules en forme coccoïde et des cellules allongées en longues chaînes, et le mutant mgtB a produit un biofilm unique avec une structure sandwich qui est revenu vers le type sauvage lors de l'ajout de magnésium. Le transposant mltD a été complété avec succès avec le gène de type sauvage, tandis que les phénotypes n'ont pas été ou seulement partiellement restaurés pour les mutants restants.

Importance

Comprendre les gènes impliqués dans la formation du biofilm et leur influence sur la structure du biofilm aidera à identifier de nouvelles façons d'éliminer les biofilms nocifs dans les environnements de transformation des aliments. À ce jour, plusieurs gènes ont été identifiés comme étant impliqués dans la formation de biofilm par L. monocytogenes; cependant, le mécanisme exact reste incertain. Cette étude a identifié quatre gènes associés à la formation de biofilm par une souche persistante. Une analyse microscopique approfondie a illustré l'effet de la perturbation de mgtB, clsA, uvrB et mltD et l'influence du magnésium sur la structure du biofilm. Les résultats suggèrent fortement une implication dans la formation de biofilm pour les quatre gènes et fournissent une base pour d'autres études pour analyser la régulation des gènes afin d'évaluer le rôle spécifique de ces gènes associés au biofilm.

Utiliser des microbes pour éliminer les microplastiques de l'environnement

«Utiliser des microbes pour éliminer les microplastiques de l'environnement», source Microbiogy Society via EurkAlert!

Les microbiologistes ont trouvé un moyen d'utiliser des bactéries pour piéger les microplastiques, les retirer de l'environnement et les rendre plus faciles à recycler.

A la conférence annuelle de la Microbiology Sociéty, Yang Liu, chercheur à l'Université polytechnique de Hong Kong, discutera d'une nouvelle technique pour piéger et récupérer les microplastiques.

La méthode utilise des biofilms bactériens, une substance collante créée par des micro-organismes, pour piéger les particules microplastiques. Le biofilm est ensuite traité et dispersé, libérant les particules microplastiques pour le traitement et le recyclage.

Liu et ses collègues ont utilisé la bactérie Pseudomonas aeruginosa pour capturer des microplastiques dans un bioréacteur. Cette espèce de bactérie se trouve dans tous les environnements et il a déjà été démontré qu'elle colonisait les microplastiques dans l'environnement.

Les biofilms de P. aeruginosa provoquent l'agrégation des microplastiques, les faisant finalement couler. Dans les bioréacteurs, cela rend les microplastiques plus faciles à collecter, selon Liu. Une fois que les microplastiques ont été capturés par les biofilms et ont coulé au fond du réacteur, les chercheurs ont utilisé un gène de dispersion du biofilm, qui a provoqué la libération des microplastiques par le biofilm. Liu a expliqué que cela «permet une libération commode des microplastiques de la matrice de biofilm, qui est par ailleurs difficile et coûteux à dégrader, de sorte que les microplastiques peuvent être récupérés plus tard pour être recyclés.»

Les microplastiques sont extrêmement problématiques et posent un risque majeur pour les chaînes alimentaires et la santé humaine, selon Liu: «Ils ne sont pas facilement biodégradables, car ils restent dans les écosystèmes pendant des durées prolongées. Cela se traduit par l'absorption des microplastiques par les organismes, ce qui entraîne au transfert et à la rétention des microplastiques le long de la chaîne alimentaire. En raison de leur grande superficie et de leur capacité d'adsorption, les microplastiques peuvent adsorber les polluants toxiques, tels que les pesticides, les métaux lourds et les résidus de médicaments à des concentrations élevées. Cela entraîne une toxicité biologique et chimique pour les organismes dans les écosystèmes et les humains après une consommation non intentionnelle prolongée de ces microplastiques. De plus, les microplastiques sont également difficiles à éliminer dans les usines de traitement des eaux usées, ce qui entraîne leur rejet indésirable dans l'environnement.»

Les prochaines étapes de la recherche consistent à déplacer la preuve de concept du laboratoire vers un environnement environnemental. «Nous prévoyons ensuite d'isoler et d'identifier des isolats bactériens naturels formant des pro-biofilm provenant des eaux usées ou des environnements aquatiques, où ils s'affichent de manière accrue les capacités à coloniser et à former des biofilms sur les microplastiques.»

Liu et ses collègues espèrent que cette technique sera éventuellement utilisée dans les usines de traitement des eaux usées pour aider à empêcher les microplastiques de s'échapper dans les océans. Ils doivent également trouver des composés naturels pour stimuler la dispersion du biofilm des isolats bactériens formant le pro-biofilm, affirmant que «cela fournit une base pour de futures applications dans les usines de traitement des eaux usées, où les microplastiques peuvent être éliminés de manière sûre et respectueuse de l'environnement.»

Les microplastiques sont un énorme problème, et plus de techniques sont nécessaires pour les éliminer en toute sécurité de notre environnement, Liu déclare l'importance de cela, affirmant qu'«il est impératif de développer des solutions efficaces qui piègent, collectent et même recyclent ces microplastiques pour arrêter la plastification «de nos milieux naturels.»

Les biofilms se produisent lorsque des communautés bactériesnne se regroupent et créent un bouclier, ou biofilm, à partir de substances exopolymères collantes. Les biofilms peuvent être problématiques car ils protègent les bactéries contre les influences extérieures telles que les changements environnementaux et les antibiotiques.

Les microplastiques sont des particules de plastique de moins de 5 mm de diamètre. Ils peuvent pénétrer dans l'environnement par un certain nombre de sources, y compris la décomposition de plus gros morceaux de plastique, le lavage de vêtements synthétiques, la dégradation des pneus de voiture et les déchets plastiques directement de l'industrie. Les méthodes actuelles d'élimination des microplastiques, telles que l'incinération ou le stockage en décharge, sont limitées et présentent leurs propres inconvénients.

Mise à jour du 21 mai 2021. On lira ce document de l'Anses, Microplastiques et nanomatériaux.

Le développement de biofilms sur des cathéters urinaires favorise l'apparition de bactéries viables mais non cultivables

Des scientifiques découvrent des populations répandues de bactéries viables mais non cultivables sur du silicone, du latex enduit d'hydrogel et du latex enduit d'hydrogel et revêtu d'un alliage d'argent, des matériaux qui sont utilisés dans les cathéters.

«Le développement de biofilms sur des cathéters urinaires favorise l'apparition de bactéries viables mais non cultivables», source mBio. L'article est disponible en intégralité.

Résumé

Les infections des voies urinaires associées aux cathéters ont des conséquences graves, tant pour les patients que pour les ressources en soins de santé. De nombreux travaux ont été menés pour développer un cathéter antimicrobien. Bien que de tels développements se soient révélés prometteurs dans des conditions de laboratoire, aucun n'a démontré un avantage clair dans les essais cliniques. En utilisant une gamme de techniques microbiologiques et de microscopie avancées, une étude détaillée en laboratoire comparant le développement de biofilm sur des cathéters en silicone, en latex enduit d'hydrogel et en latex enduit d'hydrogel avec un alliage d'argent a été réalisée.

Le développement de biofilm par Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa et Proteus mirabilis sur trois cathéters disponibles dans le commerce a été suivi au fil du temps.

Les échantillons ont été examinés par microscopie épiscopique à contraste interférenciel différentiel (ou EDIC pour episcopic differential interference contrast), l'analyse de la culture et des techniques de coloration pour quantifier les bactéries viables mais non cultivables (BVNC). Les évaluations tant qualitatives que quantitatives ont montré que les biofilms se développaient rapidement sur les trois matériaux. La microscopie EDIC a révélé la topographie de surface rugueuse des matériaux. Les différences entre le nombre de cultures et la quantification des cellules totales et mortes ont démontré la présence de populations de BVNC, où les bactéries conservent leur viabilité mais ne sont pas métaboliquement actives. L'utilisation de techniques non fondées sur la culture a montré le développement de populations largement répandues de BVNC. Ces populations de BVNC étaient plus évidentes sur les cathéters en latex enduits d'hydrogel revêtus d'alliage d'argent, indiquant au mieux un effet bactériostatique. Les essais en laboratoire rapportés ici, qui détectent les bactéries BVNC, permettent une évaluation plus rigoureuse des cathéters antimicrobiens, expliquant pourquoi les avantages pour les patients sont souvent minimes.

Importance

Plusieurs matériaux antimicrobiens pour cathéters urinaires ont été développés, mais, bien que les études de laboratoire puissent montrer un avantage, aucune n'a amélioré de manière significative les résultats cliniques. L'utilisation d'essais en laboratoire mal conçus et le manque de considération de l'impact des populations de la BVNC peuvent être responsables. Bien que la présence de populations de BVNC soit de plus en plus signalée, il reste un manque de compréhension de l'impact clinique ou de l'influence de l'exposition aux produits antimicrobiens. Il s'agit de la première étude à étudier l'impact des matériaux de surface antimicrobiens et l'apparence des populations de BVNC. Cela démontre à quel point des essais améliorés sont nécessaires avant le début des essais cliniques.