La persistance de Listeria est payante !

Voici un article qui a été sélectionné par les éditeurs de la revue Applied and Environmental Microbiology, «La persistance de Listeria est payante».

La persistance de Listeria monocytogenes dans les environnements de transformation des aliments contribue à sa propagation. Fagerlund et al. rapportent la forte prévalence de souches envahissantes dans l'industrie alimentaire norvégienne, en particulier dans la chaîne de distribution de la viande. Les clones persistants portaient des gènes de résistance aux métaux et/ou biocides et de survie au stress. Ces résultats pourraient orienter les stratégies de désinfection pour la maîtrise de ce pathogène important dans l'industrie alimentaire.

Cet article s’intitule «Pervasive Listeria monocytogenes Is Common in the Norwegian Food System and Is Associated with Increased Prevalence of Stress Survival and Resistance Determinants» (L’omniprésence de Listeria monocytogenes est courante dans le système alimentaire norvégien et est associée à une prévalence accrue de déterminants de la survie au stress et de la résistance) et il est disponible en intégralité sur le site de la revue.

Résumé

Pour étudier la diversité, la distribution, la persistance et la prévalence des gènes de survie et de résistance au stress des clones de Listeria monocytogenes dominants dans les environnements de transformation des aliments en Norvège, les séquences génomiques de 769 isolats de L. monocytogenes provenant d'environnements de l'industrie alimentaire, d'aliments et de matières premières (et parmi eux, 512 ont été séquencés dans la présente étude) ont été soumises au wgMLST (études variations génétiques du génome entier), à l’analyse du polymorphisme nucléotidique (SNP) et à des analyses génomiques comparatives.

L'ensemble des données comprenait des isolats provenant de neuf installations de transformation de viande et de six installations de transformation de saumon en Norvège recueillies sur une période de trois décennies. Le complexe clonal (CC) le plus répandu était CC121, retrouvé dans 10 usines, suivi de CC7, CC8 et CC9, retrouvés chacun dans 7 usines. Dans l'ensemble, 72% des isolats ont été classés comme persistants, montrant 20 différences alléliques ou moins par wgMLST par rapport à un isolat retrouvé dans la même usine au cours d'une année différente. De plus, plus de la moitié des isolats (56%) présentaient ce niveau de similarité génétique avec un isolat prélevé dans une autre installation de transformation des aliments. Ceux-ci ont été désignés comme des souches omniprésentes, définies comme des clusters ayant le même niveau de similitude génétique que les souches persistantes mais isolées de différentes usines. La prévalence des déterminants génétiques associés à une survie accrue dans les environnements de transformation des aliments, y compris les déterminants de la résistance aux métaux lourds et aux biocides, les gènes de réponse au stress et des mutations conduisant à la troncation dans le facteur de virulence inlA, a montré une augmentation très significative parmi les isolats envahissants, mais pas parmi les isolats persistants. De plus, ces gènes étaient significativement plus fréquents parmi les isolats provenant d'environnements de transformation des aliments que dans les isolats provenant d'environnements naturels et ruraux (n = 218) et les isolats cliniques (n = 111) de Norvège.

Importance

Listeria monocytogenes peut persister dans les environnements de transformation des aliments pendant des mois, voire des décennies, et se propager dans le système alimentaire, par exemple, par des matières premières contaminées. La connaissance de la distribution et de la diversité de L. monocytogenes est importante dans les enquêtes sur les épidémies et est essentielle pour suivre et maîtriser ce pathogène dans le système alimentaire. La présente étude présente un aperçu complet de la prévalence des clones persistants et de la diversité de L. monocytogenes dans les installations norvégiennes de transformation des aliments. Les résultats démontrent une large diffusion de souches très similaires dans tout le système alimentaire norvégien, en ce sens que 56% des 769 isolats collectés dans les usines de transformation des aliments appartenaient à des clusters de L. monocytogenes identifiés dans plus d'un établissement. Ces souches étaient associées à une augmentation globale de la prévalence de plasmides et de déterminants de la résistance aux métaux lourds et aux biocides, ainsi qu'à d'autres éléments génétiques associés aux mécanismes de survie au stress et à la persistance.

Les auteurs notent,

Les résultats de la présente étude suggèrent que la définition opérationnelle de la propagation (pervasion) est supérieure à celles utilisées pour définir la persistance dans l'identification des souches porteuses d'adaptations responsables d'une capacité accrue à survivre et à se multiplier dans les environnements de transformation des aliments. Cette approche peut contribuer à démêler davantage les mécanismes responsables de la survie de L. monocytogenes dans le système alimentaire, ce qui pourrait à son tour guider l'amélioration des stratégies de maîtrise de ce pathogène important.

Relations génétiques et formation de biofilm de Listeria monocytogenes isolés dans l'industrie du saumon fumé

Image issue de Microbial diversity and ecology of biofilms in food industry environments associated with Listeria monocytogenes persistence. Cliquez sur l'image pour l'agrandir

«Relations génétiques et formation de biofilm de Listeria monocytogenes isolés dans l'industrie du saumon fumé», source International Journal of Food Microbiology.

Faits saillants

• 19 isolats de L. monocytogenes provenant d'une usine de transformation de saumon fumé ont été analysés.
• La persistance était liée à la capacité de formation de biofilm et au profil génétique.
• La production de biofilm n'est pas la seule condition requise pour la persistance des isolats.
• inL, SSi et ermC sont en corrélation avec la capacité à former un biofilm.
• Les gènes de virulence et de tolérance au stress peuvent déterminer la persistance de L. monocytogenes.

Résumé

Parmi les agents pathogènes, L. monocytogenes a la capacité de persister dans les environnements de transformation des aliments (ETA), posant d'abord des problèmes de sécurité sanitaire, puis un impact économique sur la productivité. Le but de ce travail était de déterminer l'influence de la capacité de formation de biofilm et des caractéristiques moléculaires sur la persistance de 19 isolats de Listeria monocytogenes obtenus à partir d’ETA, produits crus et transformés d'une usine de transformation de saumon fumé à froid.

Pour vérifier les corrélations phénotypiques et génomiques entre les isolats, différentes analyses ont été utilisées : sérotypage, Clonal Complex (CC), Core Genome Multi-Locus Sequence Typing (cgMLST) et Single Nucleotide Polymorphisms (SNP) clustering et évaluation de la présence de la virulence et les gènes associés à la persistance.

D'après nos résultats, la formation de biofilm était significativement plus élevée (P<0,05) à 37°C, par rapport à 30 et 12°C, suggérant un comportement dépendant de la température. De plus, la capacité de formation de biofilm a montré une tendance spécifique à la souche, non corrélée avec le CC ou avec la persistance des souches. Au lieu de cela, la présence d'internaline (inL), d'îlots de survie au stress (SSI) et des gènes de résistance à l'érythromycine (ermC) était corrélée à la capacité de produire des biofilms. Nos données démontrent que le profil génétique influence la capacité d'adhésion et la persistance de L. monocytogenes dans les usines de transformation des aliments et pourrait être le résultat d'une adaptation environnementale en réponse à la pression sélective externe.

Compréhension de l'émergence et de la diversité de Listeria monocytogenes dans une usine de viande nouvellement construite grâce au séquençage du génome entier

Une étude parue dans International Journal of Food Microbiology traite du démêlage de l'émergence et de la diversité de Listeria monocytogenes dans une usine de viande nouvellement construite grâce au séquençage du génome entier.

Faits saillants

• L'apparition de L. monocytogenes a été suivie dans une usine de viande nouvellement ouverte.
• La fréquence et la diversité de L. monocytogenes ont augmenté au cours des prélèvements.
• 61% des isolats de L. monocytogenes appartenaient à ST9 et ST121.
• Deux paires d'isolats de L. monocytogenes ont persisté dans l'environnement de transformation
• Les plasmides de L. monocytogenes étudiés hébergeaient des gènes de résistance aux biocides et aux métaux.
• Le souches européennes de L. monocytogenes ST9 se sont pas les mêmes que les isolats nord-américains.

Résumé

Les environnements de transformation des aliments d'une installation de transformation de viande nouvellement ouverte ont été échantillonnés au cours de dix visites effectuées au cours de ses 1,5 premières années d'activité et analysés pour la présence de Listeria monocytogenes. Un total de 18 isolats de L. monocytogenes ont été obtenus à partir de 229 échantillons, et leurs génomes ont été séquencés pour effectuer des analyses génomiques comparatives.

Une augmentation de la fréquence d'isolement de L. monocytogenes et de la diversité des séquences types (ST) détectés a été observée au fil du temps. Bien que les souches isolées appartenaient à six STs différentes (ST8, ST9, ST14, ST37, ST121 et ST155), ST9 était la plus abondante (8 souches sur 18). Des distances de polymorphisme simple nucléotidique (SNP pour single nucleotide polymorphism) faibles (0 et 2) ont été trouvées entre deux paires de souches ST9 isolées dans les deux cas à 3 mois d'intervalle de la même salle de transformation (Lm-1267 et Lm-1705, avec une distance de 2 SNP dans le noyau du génome; Lm-1265 et Lm-1706, avec une distance de 0 SNP), ce qui suggère que ces souches pourraient être des souches persistantes de L. monocytogenes dans l'environnement de transformation des aliments. La plupart des souches ont montré un potentiel de virulence in silico atténué soit par la troncature d'InlA (dans 67% des isolats), soit par l'absence d'autres facteurs de virulence impliqués dans l'adhésion ou l'invasion cellulaire.

Douze des dix-huit isolats de L. monocytogenes contenaient un plasmide dont la taille variait de 4 à 87 Kb et hébergeaient la survie au stress, en plus des déterminants de la résistance aux métaux lourds et aux biocides. Des plasmides identiques ou très similaires ont été identifiés pour divers ensembles d'isolats de L. monocytogenes ST9, ce qui suggère l'expansion clonale et la persistance de souches ST9 contenant des plasmides dans les environnements de transformation de l'usine de viande.

Enfin, l'analyse des génomes de L. monocytogenes disponibles dans la base de données NCBI, et leurs métadonnées associées, a mis en évidence que les souches de ST9 sont plus fréquemment signalées en Europe, liées aux aliments, en particulier aux produits carnés et porcins, et moins représentées parmi les isolats cliniques que les autres ST de L. monocytogenes. Il a également montré que les souches ST9 isolées ici étaient plus étroitement liées aux isolats européens, qui se sont regroupés et séparés des isolats nord-américains ST9.

Mots clés

Listeria monocytogenes ; Séquençage du génome entier ; persistance ; environnement de transformation des aliments ; plasmides.

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

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

Résumé

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

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

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

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

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

Importance

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

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

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

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

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

Dans la conclusion, les auteurs notent,

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

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

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

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

De la détection de cellules persistantes de Escherichia coli O157:H7 dans des laitues

« Détection de cellules persistantes de Escherichia coli O157:H7 dans des laitues et modèlisation mathématique pour prédire leur présence », source article des éditeurs de la revue Apllied and Environmental Microbiology, une revue de l’American Society for Microbiology.

Le pathogène humain Escherichia coli O157:H7 a provoqué des flambées récurrentes de maladies infectieuses d'origine alimentaire liées à la consommation de laitue malgré une faible prévalence sur les plantes dans les champs. En utilisant de la laitue cultivée en laboratoire, Munther et al. ont démontré la présence d'une sous-population de cellules persistantes de E. coli O157:H7, qui sont des variants phénotypiques qui ont une tolérance accrue aux antibiotiques et à d'autres stress dus à la dormance cellulaire.

Leur modèle mathématique pour décrire les sous-populations de E. coli O157:H7 sur la laitue a été appliqué avec succès aux données de plusieurs essais sur le terrain publiés. L'état persistant de E. coli O157:H7 peut avoir des implications importantes pour sa survie aux nombreux stress rencontrés de la ferme à la table.

Voici le résumé de l’étude qui est paru dans Applied and Environmental Microbiology.

Les infections à Escherichia coli O157:H7 ont été régulièrement associées aux produits. L'état physiologique des cellules de E. coli O157:H7 survivantes aux nombreux stress rencontrés sur les plantes est mal connu. Les populations de E. coli O157:H7 sur les plantes sur le terrain suivent généralement une décomposition biphasique dans laquelle de petites sous-populations survivent sur de plus longues périodes.

Nous avons émis l'hypothèse que ces sous-populations comprennent des cellules persistantes, connues sous le nom de cellules dans un état de dormance transitoire qui surviennent par variation phénotypique dans une population clonale.

En utilisant trois études expérimentale (avec des populations en croissance, en phase stationnaire à la capacité limite et en décomposition), nous avons mesuré les fractions de cellules persistantes dans les populations cultivables de E. coli O157:H7 après l'inoculation sur des plants de laitue en laboratoire.

Les fractions cellulaires persistantes moyennes les plus élevées sur les feuilles de chaque phase étaient respectivement de 0,015, 0,095 et 0,221%.

Le déclin des populations de E. coli O157:H7 sur des plantes incubées dans des conditions sèches a montré la plus forte augmentation de la fraction persistante (46,9 fois). Des modèles d'équations différentielles ont été construits pour décrire la dynamique temporelle moyenne des populations de cellules normales et persistantes de E. coli O157:H7 après inoculation sur des plantes maintenues sous une humidité relative faible, résultant en des taux de changement d'une cellule normale à une cellule persistante de 7,7x10⁻⁶ à 2,8x10^{-5 h-1}.

En appliquant nos équations du modèle à la phase de décroissance, nous avons estimé les paramètres du modèle pour quatre essais sur le terrain publiés de la survie de E. coli O157:H7 sur de la laitue et obtenu des taux de chagement similaires à ceux obtenus dans notre étude.

Par conséquent, notre modèle est pertinent pour la survie de ce pathogène humain sur des plants de laitue sur le terrain. Étant donné le faible état métabolique des cellules persistantes, ce qui peut les protéger des traitements de désinfection, ces cellules sont importantes à prendre en compte dans la décontamination microbienne des produits.

Importance

Malgré des éclosions de maladies infectieuses d'origine alimentaire liées à la consommation de laitue, E. coli O157:H7 diminue rapidement lorsqu'il est appliqué sur des plantes dans le champ, et peu de cellules survivent sur des périodes prolongées.

Nous avons émis l'hypothèse que ces cellules sont persistantes, présentes dans un état dormant et ce qui se produit naturellement dans les populations bactériennes.

Lorsque des plants de laitue ont été inoculés avec E. coli O157:H7 en laboratoire, la plus grande fraction persistante de la population a été observée pendant le décroissance de la population sur les surfaces sèches des feuilles. En utilisant la modélisation mathématique, nous avons calculé le taux de changement d'une cellule normale de E. coli O157:H7 à une cellule persistante sur des plants de laitue sèche sur la base de nos données de laboratoire.

Le modèle a été appliqué à des études publiées dans lesquelles la laitue a été inoculée avec E. coli O157:H7 sur le terrain, et des taux de changement similaires à ceux obtenus dans notre étude ont été obtenus.

Nos résultats apportent d'importantes nouvelles connaissances sur la physiologie de ce pathogène virulent sur des plantes à considérer pour améliorer la sécurité des produits.