De l'inhibition des biofilms à un stade précoce sur les surfaces alimentaires

Il fallait y penser, plutôt que de combatrre des biofilms une fois formés et matures, des auteurs d’une étude à paraîre, publiée dans International Journal of Food Microbiology, proposent de passer en revue les principaux mécanismes permettant d'inhiber la formation précoce de biofilms.

L’article s’intitule, « Early-stage biofilm inhibition on food surfaces and food-contact surfaces: Mechanisms, surface-specific factors and inhibition strategies » (Inhibition des biofilms aux stades précoces sur les surfaces alimentaires et les surfaces en contact avec les aliments : mécanismes, facteurs spécifiques à la surface et stratégies d'inhibition).

Faits saillants

• Une intervention précoce offre des avantages avant le développement d'un biofilm stable.
• Les mécanismes principaux comprennent les adhésines, l'hydrophobicité, les substances polymèriques extracellulaires et le quorum sensing.
• Les matrices alimentaires et les surfaces en contact avec les aliments influencent l'adhérence et l'efficacité anti-biofilm.
• La sécurité sanitaire, la stabilité, la réglementation et le coût demeurent des obstacles à une traduction concrète.

Résumé

L'adhésion bactérienne aux surfaces alimentaires et aux surfaces en contact avec les aliments peut conduire à la formation de biofilms matures, ce qui présente des risques considérables pour la transformation des aliments et contribue à leur altération, aux contaminations croisées et aux maladies d'origine alimentaire. Les biofilms matures sont difficiles à éliminer en raison de leur architecture complexe, de leurs réseaux de régulation interconnectés et de leurs multiples mécanismes de tolérance. Par conséquent, une intervention est plus efficace avant que les bactéries ou les agrégats préformés n'atteignent les surfaces, n'établissent des interactions avec celles-ci, ne commencent à accumuler des substances polymères extracellulaires et ne développent une structure de biofilm stable et spatialement hétérogène, plutôt qu'une fois qu'un biofilm structuré s'est formé et doit être dispersé et éliminé de la surface. Cette synthèse passe en revue les principaux mécanismes permettant d'inhiber la formation précoce de biofilms, notamment l'interférence avec les adhésines bactériennes, la régulation de l'hydrophobie de la surface bactérienne, l'inhibition de la synthèse des substances polymères extracellulaires et la perturbation du quorum sensing. Elle examine également les différents impacts des surfaces alimentaires et des surfaces en contact avec les aliments sur le développement précoce des biofilms, en tenant compte de facteurs tels que la composition de la matrice alimentaire, la structure de la surface, l'hydrophobie, la rugosité, la charge de surface et les résidus alimentaires. De plus, les recherches récentes sur les agents inhibiteurs de biofilms aux stades précoces, appliqués à ces deux types de surfaces, font l'objet d'une évaluation critique. Enfin, les limites actuelles et les priorités de recherche futures sont discutées afin de favoriser leur application pratique dans le secteur de la transformation alimentaire. Cibler les stades précoces de la formation de biofilms pourrait faciliter la conception de stratégies de contrôle sûres, efficaces et écologiquement durables pour les systèmes alimentaires.

Commentaire

Je n’ai pas accès à l’article mais il est possible d’imaginer quelques réponses d'inhibition émergentes tirées de cet article de décembre 2025, « Exploring Intervention Strategies for Microbial Biofilms in the Food Industry Based on a Biomolecular Mechanism Perspective: Recent Advances and Emerging Trends ».

- Ingénierie des surfaces : la modification de la mouillabilité et de la charge des équipements par nanostructuration permet de créer des interfaces anti-encrassement.

- Agents bioactifs naturels : les polyphénols végétaux, les huiles essentielles (comme l'eugénol et le thymol) et les flavonoïdes bloquent les adhésines et modifient l'hydrophobie cellulaire.

- Additifs enzymatiques : la perturbation par des enzymes ciblées, des D-acides aminés et des ultrasons dégradent les matrices précoces sans favoriser l'émergence de résistances difficiles à traiter.

- Exclusion compétitive : la pré-colonisation par des biofilms microbiens commensaux ou probiotiques bloque les sites de fixation des pathogènes.

Potentiel du thymol pour lutter contre les biofilms de Salmonella sur des surfaces en contact avec les aliments, selon une étude

« Une étude révèle le potentiel du thymol pour lutter contre les biofilms de Salmonella sur les surfaces en contact avec les aliments », source Food Safety Magazine.

Ce qu'il faut retenir

• Bien que l'activité antimicrobienne et antibiofilm du thymol, un composé antimicrobien d'origine végétale, soit bien établie, peu d’études ont porté sur ses effets sur les biofilms de Salmonella Infantis.
• Des chercheurs de l'USDA-ARS et de l'Université de l'Arkansas (Fayetteville) ont étudié la capacité du thymol à inhiber et inactiver les biofilms de S. Infantis sur des surfaces en polystyrène et en acier inoxydable, ainsi que ses effets sur les gènes et les protéines impliqués dans la formation de ces biofilms.
• Le thymol a démontré des effets inhibiteurs vis-à-vis de S. Infantis à des concentrations sub-inhibitrices de 0,015 % et 0,03 %, entraînant des réductions allant jusqu'à 3,5 log UFC/mL selon la concentration et le moment du prélèvement.
• Sur les deux types de surfaces, un traitement au thymol à 0,5 % a réduit la présence de S. Infantis dans les biofilms matures à un niveau indétectable en dix minutes ou moins, aussi bien à 20°C qu'à 37°C ; même la concentration la plus faible testée sur des biofilms établis a permis d'obtenir des réductions significatives.
• Les chercheurs ont conclu que le thymol pourrait constituer un désinfectant naturel prometteur pour lutter contre les biofilms de S. Infantis sur les surfaces en plastique et en acier inoxydable dans les installations de transformation de la volaille et des aliments.
• Une nouvelle étude a démontré le potentiel du thymol, un composé antimicrobien d'origine végétale, pour inhiber et inactiver les biofilms de Salmonella Infantis sur des surfaces en polystyrène et en acier inoxydable, couramment présentes dans les environnements de transformation de la volaille et des aliments.

Publiée dans la revue Poultry Science, cette étude a examiné l'efficacité du thymol contre les biofilms de S. Infantis, ainsi que ses effets sur les gènes et les protéines impliqués dans la formation de ces biofilms. Ce pathogène associé à la volaille est connu pour persister dans les environnements de transformation, en partie grâce à sa capacité à former des biofilms résistants au nettoyage et à la désinfection. Bien que l'activité antimicrobienne et antibiofilm du thymol soit bien établie, peu d’études ont été menées sur ses effets spécifiques concernant les biofilms de S. Infantis.

Le thymol a inhibé et inactivé les biofilms de S. Infantis

Les chercheurs ont cultivé des biofilms de S. Infantis (souche isolée de viande de poulet hachée) sur des plaques en polystyrène et des coupons en acier inoxydable. La formation de biofilm a été évaluée à 20°C et à 37°C. Ils ont constaté une formation de biofilm plus importante à 20°C qu'à 37°C, bien que l'effet de la température n'ait été significatif que sur le polystyrène.

Pour étudier l'inhibition du biofilm, les chercheurs ont exposé S. Infantis à des concentrations de thymol sub-inhibitrices (0,015 % et 0,03 %). À 20 °C, une concentration de 0,03 % de thymol a réduit la charge de S. Infantis d'environ 3 à 3,5 log d'unités formant des colonies par millilitre (UFC/mL) sur le polystyrène. Sur l'acier inoxydable, des réductions d'environ 0,5 à 3,5 log UFC/mL ont été observées avec les deux concentrations de thymol, les résultats variant selon la concentration et la durée d'exposition.

Les chercheurs ont également testé des concentrations de thymol de 0,125 %, 0,25 % et 0,5 % sur des biofilms matures de S. Infantis âgés de 48 heures. L'augmentation de la concentration en thymol et de la durée d'exposition a généralement accru l'inactivation du biofilm.

Sur le polystyrène, le traitement au thymol à 0,5 % a réduit la population de S. Infantis à un niveau indétectable après cinq ou dix minutes, aux deux températures testées. Sur l'acier inoxydable, le thymol à 0,5 % a ramené la population de S. Infantis en dessous du seuil de détection après dix minutes, également aux deux températures. Dans l'ensemble, le traitement à la concentration la plus élevée a permis d'obtenir une réduction d'environ 5 à 7 log UFC/mL au sein des biofilms matures.

Même la concentration la plus faible testée sur des biofilms établis a montré une activité significative. Le traitement au thymol à 0,125 % a entraîné une réduction d'environ 4 à 5 log UFC/mL après une minute sur le polystyrène, et d'environ 2 à 3,5 log UFC/mL après cinq minutes sur l'acier inoxydable.

La microscopie à fluorescence a également révélé une augmentation des dommages causés aux membranes cellulaires bactériennes à mesure que la concentration en thymol augmentait.

Le thymol a influencé l'expression des gènes et des protéines liés au biofilm

Les chercheurs ont également étudié l'effet du thymol sur l'expression de gènes jouant un rôle clé dans la formation de biofilms par S. Infantis. Un traitement au thymol à 0,015 % a significativement diminué l'expression des gènes associés à la substance polymérique extracellulaire (la matrice structurale et protectrice qui entoure le biofilm), d'environ deux fois. Certains gènes de quorum sensing (qui facilitent la communication entre les bactéries au sein d'un biofilm) ont également été significativement sous-exprimés.

L'analyse protéomique a identifié 745 protéines chez S. Infantis. Les biofilms traités au thymol ont montré une diminution de l'expression des protéines impliquées dans la chimiotaxie et la motilité bactériennes. Les protéines impliquées dans la survie bactérienne, le maintien de la paroi cellulaire, la réparation cellulaire, le transport par pompes d'efflux et l'adaptation aux stress environnementaux ont été surexprimées, ce que les chercheurs ont associé aux réponses bactériennes au thymol.

Sur la base de ces résultats, les chercheurs ont conclu que le thymol pourrait servir de désinfectant naturel pour lutter contre les biofilms de S. Infantis sur les surfaces en plastique et en acier inoxydable dans les installations avicoles et de transformation alimentaire.

Toutefois, l'étude n'a pas évalué l'efficacité du thymol contre S. Infantis sur des carcasses de poulet ou d'autres produits alimentaires. Les chercheurs ont préconisé la réalisation d'études supplémentaires pour examiner ces applications, ainsi que les effets du thymol sur les biofilms mixtes de sérotypes de Salmonella prévalents dans les environnements avicoles.

Ces microbes qui influencent la persistance des biofilms à Listeria

Une étude met en lumière les caractéristiques de surface favorisant la persistance des biofilms de Listeria. Des chercheurs de l'Université de Floride, de l'USDA-ARS et d'autres institutions ont découvert que le type de plastique utilisé pour les surfaces en contact avec les aliments, ainsi que la conception de la surface et la communauté microbienne environnante, peuvent influencer de manière significative la persistance des biofilms de Listeria monocytogenes. 

Ils ont notamment constaté que des indicateurs classiques, tels que la rugosité et la mouillabilité de la surface, ne permettaient pas à eux seuls de prédire de façon fiable la formation de biofilms de Listeria, ce qui suggère que la composition chimique du matériau et les interactions microbiennes jouent un rôle plus important qu'on ne le pensait auparavant. Source Food Safety Magazine.

Le type de plastique utilisé pour les surfaces en contact avec les aliments, ainsi que sa conception de surface et la communauté microbienne environnante, peuvent influencer de manière significative la persistance des biofilms de Listeria monocytogenes, selon une nouvelle étude publiée dans npj Science of Food et intitulée, « Surface–microbe interactions regulating Listeria monocytogenes persistence in multispecies biofilms on plstic food contact substances ».

Des chercheurs de l'Université de Floride, de l’ARS-USDA et d'institutions partenaires ont évalué la formation de biofilms de Listeria monocytogenes sur quatre plastiques couramment utilisés dans l'industrie agroalimentaire : le polyéthylène à ultra-haut poids moléculaire (PE), le polyoxyméthylène (POM), le polypropylène (PP) et le polychlorure de vinyle (PVC). Chaque matériau a été testé avec des surfaces lisses (nues), microstructurées (micropoints) et microstructurées (microlignes), en présence de biofilms mono- et multi-espèces.

Les chercheurs ont constaté que la composition du plastique et la présence d'autres Listeria monocytogenes. Parmi les matériaux testés, le polypropylène (PP) favorisait systématiquement une plus grande accumulation de L. monocytogenes dans les biofilms comportant plusieurs espèces microbiennes, tandis que les surfaces à motifs linéaires favorisaient généralement une persistance plus importante du pathogène que les surfaces lisses en présence de plusieurs espèces.

L’étude a également montré que les interactions avec les micro-organismes présents en surface pouvaient soit favoriser, soit inhiber la survie de Listeria monocytogenes, selon le matériau de surface. Pseudomonas fluorescens a systématiquement favorisé la formation de biofilm de L. monocytogenes sur presque tous les types de plastique et toutes les topographies, tandis que Escherichia coli O157:H7 et Ralstonia insidiosa ont produit des effets synergiques ou antagonistes selon la surface spécifique.

Les chercheurs ont notamment constaté que les indicateurs classiques tels que la rugosité et la mouillabilité de surface ne permettaient pas, à eux seuls, de prédire de manière fiable la formation de biofilm de Listeria monocytogenes. Dans certains cas, les plastiques plus lisses favorisaient une plus grande accumulation de biofilm que les surfaces plus rugueuses, ce qui suggère que la chimie des matériaux et les interactions microbiennes jouent un rôle plus important qu'on ne le pensait auparavant.

Les auteurs indiquent que leurs résultats démontrent que la persistance des pathogènes sur les surfaces en plastique en contact avec les aliments est régie par les effets combinés de la composition du matériau, de la topographie de surface et de l'écologie microbienne, plutôt que par un seul facteur. Ils suggèrent que P. fluorescens, les surfaces en polypropylène et les topographies à motifs linéaires pourraient servir d'indicateurs pratiques d'un risque accru de persistance de L. monocytogenes dans les environnements de transformation alimentaire.

Les chercheurs ont précisé que l'étude avait été menée dans des conditions contrôlées de laboratoire, utilisant des environnements de transformation de produits simulés. Ils ont ajouté que des recherches supplémentaires sont nécessaires pour mieux comprendre comment ces interactions microbiennes dépendantes des surfaces se produisent dans les installations de transformation alimentaire industrielles et pour orienter les futures stratégies d'hygiène et la conception des surfaces en contact avec les aliments.

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.

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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.

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