Phages et aliments : lutter contre les bactéries de la ferme à la fourchette

Les phages sont utilisés pour maîtriser les pathogènes bactériens à chaque étape de la production alimentaire, de la promotion de la santé du bétail et des cultures à la destruction des pathogènes sur les aliments prêts à consommer. Quels sont les avantages et les défis associés au déploiement des phages dans l'industrie alimentaire ?

«Phages et aliments : lutter contre les bactéries de la ferme à la fourchette», source ASM News du 1er juin 2023.

Qu'elles tuent du bétail et des cultures ou qu'elles contaminent des aliments prêts à consommer, les bactéries causent de gros problèmes à l'industrie alimentaire. Pour résoudre ces problèmes, des scientifiques pensent petit. De nombreuses études ont montré que les bactériophages (c'est-à-dire les phages ou les virus qui infectent les bactéries) peuvent anéantir les bactéries problématiques dans tout le système alimentaire, du contrôle des agents pathogènes des plantes à la destruction des bactéries sur les produits, la viande et d'autres produits alimentaires. Alors que divers produits commerciaux à base de phages sont sur le marché, l'exploration continue du potentiel bactéricide des phages dans la production alimentaire et l'optimisation de leur utilisation seront essentielles pour l'expansion des applications.

Les phages peuvent être utilisés pour contrôler les pathogènes bactériens du début à la fin du processus de production alimentaire. Source : Enderson L. et Coffrey A./Current Opinion in Food Science, 2020. Image sous licence CC BY 4.0.

Que sont les phages et comment sont-ils utilisés dans l'industrie alimentaire ?

Partout où il y a des bactéries, il y a des phages, c'est-à-dire que les phages sont à peu près partout. En fait, il y a environ 100 nonillions (10³¹) de phages sur la planète. Cette population gargantuesque est incroyablement diversifiée, car chaque phage individuel possède une gamme définie d'espèces et de souches bactériennes qu'il peut infecter. Néanmoins, tous les phages ont une chose en commun : ils attaquent les bactéries, et uniquement les bactéries. Les humains, les plantes, les animaux et autres microbes ne sont pas ciblés.

En tant que tels, les phages peuvent être utilisés pour réduire les pathogènes bactériens dans tous les secteurs de la société. Par exemple, la phagothérapie implique l'isolement et le déploiement de phages qui tuent spécifiquement les bactéries provoquant une infection. Dans l'industrie alimentaire, les phages ont été explorés et appliqués pour gérer les bactéries du début à la fin des procédés de transformation des aliments.

À la ferme et au champ : applications de phages avant la récolte

La perte d'animaux et de plantes à cause de maladies bactériennes avant abattage ou au stade de la pré-récolte a des coûts économiques importants (des milliards de dollars) et menace la stabilité du système alimentaire. Dans l'élevage, les antibiotiques sont depuis longtemps la méthode de choix pour réduire les infections et promouvoir la santé animale, bien que cette pratique ait exacerbé la propagation de la résistance aux antimicrobiens. Les phages peuvent offrir une solution. En effet, des chercheurs ont découvert que 3 phages isolés des eaux usées d'une ferme laitière étaient tout aussi efficaces que les antibiotiques pour soulager les symptômes de la mammite (une infection du pis entraînant une perte annuelle estimée à 2 milliards de dollars aux États-Unis) causée par Escherichia coli résistant aux antibiotiques chez les vaches. Des résultats positifs similaires ont été démontrés pour le contrôle de divers agents pathogènes, y compris ceux qui pourraient rendre des personnes malades, comme Salmonella, E. coli O157:H7 et Campylobacter jejuni, entre autres, et chez divers animaux (par exemple, volaille, poisson, etc.).

Les phages peuvent également être utilisés pour minimiser la perte de cultures due aux maladies bactériennes. L'application de phages sélectionnés sur les graines ou les feuilles de cultures peut réduire la charge pathogène et diminuer la gravité et l'incidence de la maladie pendant la phase de croissance. Il existe déjà des produits commerciaux  à base de phages enregistrés auprès de l'Agence américaine de protection de l'environnement (EPA) conçus pour tuer les agents pathogènes qui infectent les aliments comme les tomates, les agrumes, les pommes, les poires et plus encore.

Phages pour lutter contre les agents pathogènes d'origine alimentaire

En plus de prévenir et de traiter les maladies animales et végétales, les phages sont utiles pour détecter et entraver la croissance des agents pathogènes d'origine alimentaire pendant et après la transformation des aliments. Par exemple, des scientifiques ont conçu des phages rapporteurs qui ont permis la détection basée sur la bioluminescence de l'agent pathogène d'origine alimentaire, Listeria monocytogenes, dans le lait, la charcuterie et la laitue contaminés. Les aliments peuvent également être trempés ou pulvérisés avec des solutions de phages conçues pour tuer les agents pathogènes qui les contaminent couramment. Cette application du biocontrôle par des phages (c'est-à-dire l'utilisation de phages comme agents antimicrobiens pour réduire les concentrations d'agents pathogènes dans un environnement traité) dans l'industrie alimentaire a connu le plus grand succès commercial à ce jour, avec divers produits sur le marché conçus pour combattre Salmonella, E. coli, L. monocytogenes et d'autres bactéries. Les phages peuvent également être appliqués pour stériliser les surfaces dans les installations de transformation des aliments, telles que les tapis de cnvoyage et les supports de transport des aliments, qui peuvent servir de vecteurs de contamination bactérienne.

Quels sont les avantages du biocontrôle par les phages ?

De nombreuses caractéristiques des phages les rendent utiles à des fins de lutte biologique. Thomas Denes, professeur de microbiologie alimentaire moléculaire à l'Université du Tennessee qui étudie les applications basées sur les phages pour la sécurité des aliments, a souligné la gamme d'hôtes définie des phages comme un avantage clé. Il a noté que les phages peuvent être dirigés vers des agents pathogènes tout en laissant intactes d'autres bactéries associées à un aliment (par exemple, des bactéries bénéfiques dans des aliments comme le yogourt, le kimchi et le fromage).

De plus, les phages ne sont pas limités par la concentration du eur application, ils se répliquent. «Dans l'environnement de la transformation des aliments, il existe souvent des niches ou des structures complexes qui rendent difficile l’accès à un antimicrobien», a dit Denes. «Ainsi, avoir un antimicrobien qui se réplique lorsqu'il entre en contact avec son hôte signifie que le traitement sera amplifié là où cela est nécessaire, alors que les désinfectants conventionnels peuvent avoir du mal à atteindre les zones où les agents pathogènes survivent ou se reproduisent réellement», comme les coins et les recoins de l'équipement de transformation des aliments (ou l’aliment lui-même).

Amit Vikram, chercheur principal chez Intralytix, Inc., une société de biotechnologie qui fabrique des produits à base de phages pour éliminer les agents pathogènes d'origine alimentaire, a souligné la sécurité sanitaire des phages comme un autre avantage. Par rapport aux produits chimiques dangereux qui peuvent nuire aux salariés et doivent être éliminés correctement, les phages ne présentent aucun risque pour les personnes qui travaillent avec ou qui consomment les aliments. De plus, «[les phages] ont une grande efficacité sans affecter les aliments, la texture, les propriétés et les goûts», a expliqué Vikram, ce qui les rend même attrayants pour les producteurs d'aliments soucieux d'éliminer les contaminants microbiens tout en maintenant l'intégrité et l'essence d'un aliment.

Quels sont les défis associés au biocontrôle par des phages ?

Pourtant, les phages ne sont pas parfaits. D'une part, la gamme d'hôtes définie qui rend les phages formidables peut également être une chute. «Dans des contextes de sécurité des aliments, un producteur alimentaire achèterait un produit à base de phages pour gérer le risque d'un agent pathogène cible», a dit Denes. Cependant, les phages contenus dans ce produit peuvent ne pas être efficaces contre toutes les souches d'une bactérie qui pourraient être présentes, dont il pourrait y en avoir plusieurs. Vikram a noté que l'utilisation de mélanges de phages avec différentes gammes d'hôtes peut être une façon de faire face à cette limitation, bien que de tels mélanges puissent toujours ne pas couvrir toutes les souches d'un agent pathogène qui pourraient constituer une menace.

Les phages ne se déplacent pas non plus à la recherche de leurs hôtes. Pour cette raison, il est essentiel de recouvrir adéquatement les aliments de phages pour s'assurer qu'ils rencontrent leurs agents pathogènes cibles. C'est plus facile à dire qu'à faire. «Différents aliments ont différents types de surfaces», a expliqué Vikram. «Les produits de volaille crus ont une surface plus rugueuse par rapport à une saucisse, qui a une surface plus lisse. Les légumes verts à feuilles ont une surface vraiment grande, très rugueuse et très ondulée», ce qui rend l'application du biocontrôle par des phages «extrêmement difficile», et c’est quelque chose qui nécessite une optimisation supplémentaire.

La résistance bactérienne aux phages peut également poser un problème. Denes a déclaré que le risque de résistance peut dépendre de la manière dont les phages sont utilisés : sont-ils appliqués aux aliments prêts à consommer à la fin de la production, ou les aliments sont-ils traités au début de la transformation ? Dans ce dernier cas, il peut y avoir plus de possibilités pour les phages de sélectionner la résistance. Dans cet esprit, le laboratoire de Denes a découvert que des expériences de co-évolution in vitro avec des phages et L. monocytogenes permettaient d'isoler des phages développés en laboratoire qui pourraient infecter des souches résistantes de l'agent pathogène. Les résultats suggèrent que de telles expériences pourraient aider à améliorer la gamme d'hôtes et l'efficacité du biocontrôle par des phages. L'utilisation de mélanges de phages avec différentes stratégies d'infection est également utile dans ce contexte, car ils peuvent réduire la fréquence d'émergence de mutants bactériens résistants aux phages. Dans le cas où un mutant résistant émergerait, Vikram a souligné qu'il est possible d'isoler des phages ayant une activité contre ce mutant à partir de sources naturelles.

Les bactéries peuvent résister aux phages de plusieurs manières, notamment en empêchant la liaison des phages et en interférant avec l'assemblage des particules de phage. Source : Seed D.K./PLOS Pathogens, 2015. Image sous licence CC BY 4.0.

Quelles sont les prochaines étapes?

Jusqu'à présent, les phages sont principalement utilisés pour des applications après-récolte, en particulier pour maîtriser la croissance de Salmonella dans la viande de volaille, bien que leur potentiel dans d'autres facettes du système alimentaire (par exemple, les cultures, le bétail, les produits) soit de plus en plus apprécié. Vikram a souligné que l'éducation sera essentielle pour élargir l'utilisation des phages dans l'industrie alimentaire. «Il y a encore beaucoup d'entreprises qui ne comprennent pas vraiment la technologie des phages en elle-même», a-t-il dit, décrivant le nombre d'entreprises confondant les phages avec des produits chimiques ou craignant de mettre des virus sur les aliments (rappelez-vous, ce sont des virus qui infectent uniquement bactéries). Vikram pense également que l'éducation des agences de réglementation, y compris la FDA des États-Unis, sur le fonctionnement des phages peut aider à faciliter une approbation plus rationalisée des produits à base de phages.

Pour Denes, l'avenir passe par la recherche. «Je pense que nous sommes maintenant à un stade dans le domaine de la recherche appliquée sur les phages où nous identifions des voies pour surmonter certains des défis [associés au biocontrôle par des phages], tels que l'émergence de la résistance aux phages, la diversité des conditions environnementales dont nous avons besoin. pour fonctionner et la diversité des agents pathogènes que nous devons pouvoir cibler», a-t-il dit. «Je pense que nous y arrivons en comprenant les mécanismes des interactions [phage-hôte] et en identifiant des outils, tels que évolution [ou] ingénierie du phage.

Cela étant dit, les phages ne sont pas la solution ultime pour maîtriser les pathogènes bactériens dans le système alimentaire. Ils ne sont qu'un outil de plus qui, lorsqu'il est associé à la manipulation, au stockage et à d'autres méthodes de maîtrise des aliments, aide à combattre les agents pathogènes et à assurer la sécurité des aliments, de la ferme à la fourchette.

La raison structurelle surprenante pour laquelle votre éponge de cuisine est dégoûtante

Des chercheurs ont découvert que la structure d'une éponge imite celle du sol pour produire un environnement plus propice à la diversité microbienne que la plupart des équipements de laboratoire.

«La raison structurelle surprenante pour laquelle votre éponge de cuisine est dégoûtante», source communiqué de Duke University.

La structure environnementale affecte les interactions entre les espèces microbiennes, faisant de l'éponge de cuisine commune un meilleur incubateur pour la diversité bactérienne qu'une boîte de Petri de laboratoire.

Des chercheurs de l'Université Duke ont découvert un fait basique mais surprenant: votre éponge de cuisine est un meilleur incubateur pour diverses communautés bactériennes qu'une boîte de Petri de laboratoire. Mais ce ne sont pas seulement les restes piégés qui rendent la corne d'abondance de microbes si heureuse et productive, c'est la structure de l'éponge elle-même.

Dans une série d'expériences, des scientifiques montrent comment diverses espèces microbiennes peuvent affecter la dynamique des populations les unes des autres en fonction de facteurs de leur environnement structurel tels que la complexité et la taille. Certaines bactéries se développent dans une communauté diversifiée tandis que d'autres préfèrent une existence solitaire. Et un environnement physique qui permet aux deux espèces de vivre leur meilleure vie conduit aux niveaux de biodiversité les plus élevés.

Le sol fournit ce type d'environnement de logement mixte optimal, tout comme votre éponge de cuisine.

Les ingénieurs biomédicaux de Duke affirment que leurs résultats suggèrent que les environnements structurels devraient être pris en compte par les industries qui utilisent des bactéries pour accomplir des tâches telles que le nettoyage de la pollution ou la production de produits commerciaux.

Les résultats ont été publiés en ligne le 9 février dans la revue Nature Chemical Biology.

«Les bactéries sont comme les personnes qui vivent la pandémie, certaines ont du mal à s'isoler tandis que d'autres prospèrent», a dit Lingchong You, professeur de génie biomédical à Duke. «Nous avons démontré que dans une communauté complexe qui a des interactions positives et négatives entre les espèces, il existe une quantité intermédiaire d'intégration qui maximisera sa coexistence globale.»

Les communautés microbiennes se mélangent à des degrés divers dans la nature. Le sol offre de nombreux coins et recoins permettant à différentes populations de se développer sans trop d'interaction de la part de leurs voisins. La même chose peut être dite pour les gouttelettes d'eau individuelles sur le dessus des feuilles.

Mais lorsque les humains mélangent de nombreuses espèces bactériennes dans un bouillon (goop) sans structure pour produire des produits comme l'alcool, des biocarburants et des médicaments, c'est généralement dans une assiette ou même dans une grande cuve. Dans leurs expériences, You et son laboratoire montrent pourquoi ces efforts industriels peuvent être judicieux pour commencer à adopter une approche structurelle de leurs efforts de fabrication.

Les chercheurs ont utilisé un code barres pour environ 80 souches différentes de E. coli afin de pouvoir suivre la croissance de leur population. Ensuite, ils ont mélangé les bactéries dans diverses combinaisons sur des boîtes de culture de laboratoire avec une grande variété d'espaces de vie potentiels allant de six grands puits à 1 536 petits puits. Les grands puits se rapprochaient des environnements dans lesquels les espèces microbiennes peuvent se mélanger librement, tandis que les petits puits imitaient des espaces où les espèces pouvaient rester entre elles.

Quelle que soit la taille de l'habitat, les résultats étaient les mêmes. Les petits puits qui ont commencé avec une poignée d'espèces ont fini par évoluer vers une communauté avec seulement une ou deux souches survivantes. De même, les grands puits qui ont commencé avec une large gamme de biodiversité ont également mis fin à l'expérience avec seulement une ou deux espèces restantes.

«Les petites portions nuisent vraiment aux espèces qui dépendent des interactions avec d'autres espèces pour survivre, tandis que les grandes portions éliminent les membres qui souffrent de ces interactions (les solitaires)», a dit You. «Mais le portionnement intermédiaire a permis une diversité maximale de survivants de la communauté microbienne.»

Les résultats, dit You, créent un cadre pour les chercheurs travaillant avec diverses communautés bactériennes pour commencer à tester quels environnements structurels pourraient fonctionner le mieux pour leurs activités. Ils expliquent également pourquoi une éponge de cuisine est un habitat si utile pour les microbes. Il imite les différents degrés de séparation trouvés dans un sol sain, offrant différentes couches de séparation combinées à différentes tailles d'espaces communs.

Pour prouver ce point, les chercheurs ont également mené leur expérience avec une bande d'éponge domestique ordinaire. Les résultats ont montré qu'il s'agit d'un incubateur de diversité microbienne encore meilleur que n'importe lequel des équipements de laboratoire testés.

«Il s'avère qu'une éponge est un moyen très simple de mettre en œuvre un portionnement à plusieurs niveaux pour améliorer l'ensemble de la communauté microbienne», a déclaré You. «C'est peut-être pour ça que c'est une chose vraiment sale, la structure d'une éponge fait juste une maison parfaite pour les microbes.»

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.

Baisse des rendements physiques due à l’abandon des produits phytosanitaires, selon une étude suisse

Selon cette information d'agri-info en provenance de Suisse, il aurait une «Baisse des rendements physiques due à l’abandon des produits phytosanitaires».

Dans le cadre d’une enquête menée par Agroscope, 18 expertes et experts suisses en protection des plantes ont été interrogés sur l’impact éventuel d’un abandon des produits phytosanitaires sur les rendements physiques dans les grandes cultures. Ils s’attendent à des pertes plus ou moins importantes en fonction de l’intensité de la suppression des produits phytosanitaires et du type de culture.

Les enquêtes montrent que les pertes de rendement attendues varient fortement en fonction du type de culture: ainsi, l’abandon total des produits phytosanitaires ferait baisser le rendement des betteraves sucrières de 47 %, mais celui du tournesol dans les cultures non extenso actuelles, seulement de 16 % environ.

En cas d’abandon des insecticides, des fongicides et des régulateurs de croissance, les pertes de rendement varieraient entre 10 et 43 %.

Les pertes seraient les plus faibles en cas d’un abandon des herbicides uniquement. Selon l’estimation, elles seraient de 6 à 20 %.

Atténuer les pertes de rendement

Selon le groupe d’experts, la mise en place de bandes enherbées abritant des organismes utiles ou l’utilisation de variétés résistantes constituent des mesures prometteuses pour diminuer les pertes de rendement.

L’enquête en détails (Allemand)

Mise à jour du 6 août 2021. A ceux qui rêvent d'une agriculture sans pesticides, 

Contre le mildiou, l’équation est simple : pas de protection phytosanitaire, pas de production. Avis à ceux qui rêvent d'une agriculture française « sans #pesticides ». pic.twitter.com/3XeDPpmTLd

— GRW (@AEGRW) August 5, 2021

Avis aux lecteurs du blog

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De l'eau et du CO2 pour augmenter la croissance de cultures

«La marijuana se cultive sur du carbone capturé», source article de Jim Romahn paru Le 3 août 2023 dans son blog Agri 007.

La légalisation de la marijuana au Canada en 2018 a marqué le début du deuxième acte pour CO2 Gro Inc., rapporte le Toronto Globe and Mail dans les profils de cinq entreprises canadiennes impliquées dans la capture du carbone.

Le pompage du CO2 dans les serres est connu depuis longtemps pour augmenter la croissance des plantes jusqu'à 30%, mais le processus est inefficace, et pendant les mois chauds, le gaz est évacué dans l'atmosphère, selon l’article.

La technologie de CO2 Gro Inc. consiste à infuser de l'eau avec du CO2 et à la vaporiser sur les plantes en courtes rafales, améliorant ainsi l'efficacité du processus.

L'industrie de la marijuana est rapidement devenue un marché de premier plan, et maintenant CO2 Gro Inc. a vendu ses systèmes de brumisation à huit exploitations de cannabis sous licence. Elle se concentre également sur d'autres cultures cultivées dans des structures protégées, notamment les poivrons et les baies qui ont de grandes feuilles pour la pulvérisation.

«L'utilisation du carbone dans la plupart des cas n'a pas été une chose très précise. Des personnes brûlent du carburant pour fabriquer du carbone, elles font toutes sortes de choses pour obtenir du CO2 pour le carbone, et dans la plupart des cas, il est perdu», a déclaré John Archibald, PDG de CO2 Gro.

Pour pomper le gaz dans une serre de 100 000 pieds carrés, un opérateur peut avoir à injecter jusqu'à un million de pieds cubes de CO2, mais dans de nombreux cas, jusqu'à 90% de celui-ci s'échappe dans l'atmosphère.

«Ce que nous faisons, c'est mettre du CO2 dans de l'eau à un taux de solution spécifique et le mettre sur les feuilles dans un brouillard afin que les feuilles absorbent pratiquement tout le carbone que nous leur donnons. Nous utilisons donc environ cinq pour cent du carbone que quelqu'un utiliserait s'il gazait», a-t-il déclaré.

Le brouillard a également été efficace pour réduire E. coli, les moisissures et l'oïdium car il est légèrement acide.

«Donc, beaucoup de gens se tournent vers nous comme pesticide naturel qui devient partie intégrante de l'utilisation de l'eau légèrement acide chargée de molécules saturées de CO2», a déclaré Sam Kanes, vice-président des études de marché de l'entreprise.

CO2 Gro compte 10 employés et utilise un réseau mondial de représentants commerciaux indépendants pour commercialiser ses systèmes de livraison. Son principal actionnaire est la société de capital-investissement basée aux États-Unis Ospraie Ag Science LLC.

Au cours de la dernière année, CO2 Gro a signé plusieurs accords avec des entreprises du monde entier pour déterminer la viabilité commerciale de la technologie dans leurs opérations. Ils cultivent des cultures telles que la laitue, les fraises et les poivrons, ainsi que des orchidées et des roses.

«Nous constatons une augmentation moyenne des récoltes de 30%, et pour générer ces augmentations de récolte, nous n'ajoutons qu'environ 5% de CO2 dans l'atmosphère», a déclaré M. Archibald.

«Dans un monde qui subit des stress alimentaires pour nourrir les populations, en particulier dans les économies émergentes, c'est un gain important. Nous ne pouvons pas travailler avec du blé et nous ne pouvons pas travailler avec du riz, mais nous pouvons apporter une contribution significative à la marge», a-t-il déclaré.

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Une nouvelle méthode de screening pourrait conduire à un remplacement des pesticides chimiques par des micro-organismes

«Une nouvelle méthode de screening pourrait conduire à un remplacement des pesticides chimiques par des micro-organismes», source Université dunes Sciences de Tokyo.

Certains micro-organismes non-pathogènes peuvent stimuler les réponses immunitaires des plantes sans endommager les plantes, ce qui leur permet d'agir comme des vaccins végétaux, mais le screening des micro-organismes pour de telles propriétés a traditionnellement été long et coûteux.

Aujourd'hui, une équipe de scientifiques de l'Université des sciences de Tokyo a mis au point une méthode de screening basée sur des cellules végétales cultivées qui facilite ces tests. Cela peut conduire à des méthodes de protection des cultures basées sur des micro-organismes qui réduisent le besoin de pesticides chimiques.

Les plantes ont développé des mécanismes d'immunité uniques qu'elles peuvent activer lors de la détection de la présence d'un pathogène. Il est intéressant de noter que la présence de certains micro-organismes non-pathogènes peut également inciter une plante à activer ses mécanismes d'immunité systémique, et certaines études ont montré que le prétraitement des cultures agricoles avec de tels micro-organismes non-pathogènes «activant l'immunité» peut permettre aux cultures de mieux se préparer à lutter contre les infections dues à des micro-organismes pathogènes. En effet, cela signifie que les micro-organismes non-pathogènes activant l'immunité peuvent fonctionner comme des vaccins pour les plantes, fournissant un stimulus à faible risque pour le système immunitaire de la plante qui la prépare à faire face à de véritables menaces. Ce sont des découvertes passionnantes pour les spécialistes des cultures car elles suggèrent la possibilité d'utiliser un tel prétraitement comme une forme de lutte biologique contre les ravageurs qui réduirait le besoin de pesticides agricoles.

Cependant, avant que le prétraitement avec des micro-organismes non-pathogènes ne devienne une technologie agricole standard, les scientifiques ont besoin d'un moyen de screener les micro-organismes pour leur capacité à stimuler le système immunitaire des plantes sans nuire aux plantes. Il n'existe actuellement aucune méthode simple pour évaluer la capacité des micro-organismes à activer le système immunitaire des plantes. Les méthodes conventionnelles impliquent l'utilisation de plantes entières et de micro-organismes, ce qui rend inévitablement le screening conventionnel une affaire longue et coûteuse. Pour résoudre ce problème, les professeurs Toshiki Furuya et Kazuyuki Kuchitsu de l'Université des Sciences de Tokyo et leurs collègues ont décidé de développer une stratégie de screening impliquant des cellules végétales cultivées. Une description de leur méthode apparaît dans un article récemment publié dans Scientific Reports.

La première étape de cette stratégie de screening consiste à incuber le micro-organisme candidat avec des cellules BY-2, qui sont des cellules de plants de tabac connues pour leurs taux de croissance rapides et stables. L'étape suivante consiste à traiter les cellules BY-2 avec de la cryptogéine, une protéine sécrétée par des micro-organismes pathogènes de type champignon-like qui peuvent déclencher une réponse immunitaire des plants de tabac. Un élément clé de la réponse immunitaire induite par la cryptogéine est la production d'une classe de produits chimiques appelés espèces réactives de l'oxygène (EROs), et les scientifiques peuvent facilement mesurer la production d’EROs induite par la cryptogéine et l'utiliser comme métrique pour évaluer les effets des micro-organismes non-pathogènes. . Pour le dire simplement, un agent de prétraitement efficace augmentera les niveaux de production de EROs des cellules BY-2 (c'est-à-dire provoquera une activation plus forte du système immunitaire des cellules) en réponse à une exposition à la cryptogéine.

Pour tester la faisabilité de leur stratégie de screening, le Dr Furuya et ses collègues ont utilisé la stratégie sur 29 souches bactériennes isolées de l'intérieur d'une usine de moutarde épinard japonaise (Brassica rapa var. perviridis), et ils ont constaté que 8 souches stimulaient la production de cryptogéine induisant l’EROs. Ils ont ensuite testé ces 8 souches en les appliquant à l'extrémité des racines des semis du genre Arabidopsis, qui contient des espèces couramment utilisées comme organismes modèles dans les études de biologie végétale. Fait intéressant, 2 des 8 souches testées ont induit une résistance de la plante entière aux pathogènes bactériens.

Sur la base des résultats de la preuve du concept concernant ces deux souches bactériennes, le Dr Furuya note fièrement que la méthode de screening de son équipe «peut rationaliser l'acquisition de micro-organismes qui activent le système immunitaire des plantes». Lorsqu'on lui a demandé comment il envisage la méthode de screening affectant les pratiques agricoles, il explique qu'il s'attend à ce que le système de screening de son équipe «soit une technologie qui contribue à l'application pratique et à la diffusion d'alternatives microbiennes aux pesticides chimiques.»

Avec le temps, la nouvelle méthode de screening mise au point par le Dr Furuya et son équipe pourrait faciliter considérablement la création de méthodes agricoles plus vertes par les spécialistes des cultures qui reposent sur les mécanismes de défense que les plantes elles-mêmes ont évolués au cours de millions d'années.

Les tiques comme moyen de lutte un champignon affectant les cultures

«Et si les tiques permettaient de lutter contre un champignon affectant les cultures», source Ecole nationale vétérinaire d'Alfort.

Fusarium graminearum est un pathogène fongique majeur affectant les cultures d'importance mondiale. Ce champignon microscopique produit des toxines, en l'occurrence des mycotoxines car toxines de champignons, appelées «trichothécènes de type B (TCTB)». Ces mycotoxines provoquent des maladies : la fusariose de l'épi (FHB) affecte les céréales à petites graines, notamment le blé, l'avoine, l'orge, le riz et le seigle, tandis que la pourriture de l'épi de Gibberella (GER) a un impact majeur sur la production de maïs. Ces toxines ne sont pas complètement éliminées lors de la transformation des denrées alimentaires et des aliments pour animaux. Au-delà des pertes de rendement, elles sont dangereuses pour la santé humaine et animale. Il s'agit donc d'un important sujet de santé publique, pris en compte par les autorités europénnes.

Bien que de bonnes pratiques agricoles aient été proposées pour réduire l'impact de la contamination des céréales par le Fusarium, elles ne sont pas toujours efficaces pour garantir le respect des réglementations en matière de sécurité. Ainsi, le développement de solutions innovantes, durables et respectueuses de l'environnement pour réduire les contaminations des céréales par les mycotoxines produites par F. graminearum est particulièrement encouragé, de même que le développement de stratégies de prévention.

Dans ce sens, l'unité mixte de recherche «biologie moléculaire et d'immunologie parasitaires - BIPAR» (Anses, INRAE, EnvA), en collaboration avec l'UR1264 MycSA, Bordeaux-Aquitaine, publie un article, dans Scientific Report, sur l’action de molécules de tiques sur la croissance de Fusarium graminearum. La tique, ce parasite vecteur d'agents pathogènes, notamment ceux responsables de la maladie de Lyme, dispose d'une grande capacité de résistance, par des réactions immunitaires variées, lui permettant de s'adapter à différents environnements. Les défensines font partie de ses outils de résistance. Il s'agit d'une famille de molécules antimicrobiennes très importantes pour ce parasite, agissant contre des bactéries, contre les eucaryotes tels que les champignons et certains parasites. La défensine lutte contre la croissance de Fusarium graminearum.

Dans ce travail, l'équipe de chercheurs de BIPAR montre que le traitement avec un élément de la défensine de tique, appelée TickCore3 (TC3), diminue la croissance de F. graminearum et abroge la production de TCTB. La forme oxydée du TC3 perd son activité antifongique, mais conserve son activité anti-mycotoxine. Ce peptide, qui peut être facilement synthétisé, pourrait ainsi être utilisé dans des solutions phytosanitaires et apparait comme un moyen efficace de réduire la contamination par les mycotoxines des cultures infectées par F. graminearum, proposant une protection des plantes contre les maladies fongiques.

NB : Cette information se croise avec une autre information du 27 avril 2021 de l'Anses, Attention aux tiques, y compris dans les jardins.

Une nouvelle étude révèle que l'utilisation d'antibiotiques sur les cultures est plus répandue qu'on ne le pensait

« Une étude remet en question les recommandations d'antibiotiques pour les cultures », source article de Chris Dall paru le 25 juin 2020 dans CIDRAP News.

Une nouvelle étude réalisée par des chercheurs d'un groupe qui conseille les agriculteurs sur les maladies des plantes suggère que les antibiotiques peuvent être utilisés plus fréquemment sur les cultures et sur une plus grande variété de cultures que ce que l'on pensait auparavant.

Les résultats sont basés sur les données de Plantwise, un programme de développement agricole qui forme des vulgarisateurs à fournir une assistance et des conseils aux agriculteurs des pays d'Afrique, d'Asie et des Amériques. Une analyse de plus de 436 000 enregistrements de la base de données Plantwise contenant des recommandations fournies aux agriculteurs pour la gestion des problèmes de culture a révélé que les antibiotiques, y compris certains antibiotiques médicalement importants, sont recommandés pour une utilisation sur plus de 100 cultures, le plus souvent le riz.

Selon les dossiers, les antibiotiques sont recommandés non seulement pour des maladies bactériennes spécifiques, mais aussi pour des problèmes fongiques. Ils ont également été recommandés pour lutter contre les insectes et les acariens et les infections virales, contre lesquelles aucun antibiotique n'a d'activité contre.

Dans l'ensemble, la proportion d'enregistrements contenant une recommandation pour un antibiotique était inférieure à 1%, et les enregistrements n'indiquent pas si la recommandation a été suivie. De plus, les quantités d'antibiotiques utilisées, là où les recommandations ont été suivies, sont bien plus faibles que celles utilisées en médecine humaine et vétérinaire.

Mais les résultats sont remarquables car il y a très peu de documentation ou de surveillance de l'utilisation d'antibiotiques dans les cultures. Une récente enquête conjointe menée par l'Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture (FAO), l'Organisation mondiale de la santé (OMS) et l'Organisation mondiale de la santé animale (OIE) a révélé que seulement 3% des 158 pays évaluent régulièrement les types et les quantités d'antibiotiques utilisés sur les cultures. L'utilisation d'antibiotiques en médecine humaine et vétérinaire, considérée comme les principales voies de développement de la résistance aux antibiotiques, retient beaucoup plus l'attention.

L'auteur principal de l'étude, Phil Taylor, du CABI (Commonwealth Agricultural Bureau), un organisme à but non lucratif international qui se concentre sur les problèmes de l'agriculture et de l'environnement, en particulier les maladies des plantes et les ravageurs, a déclaré que bien qu'il soit difficile de dire à quel point les antibiotiques menacent la santé humaine dans les cultures, il en fournit un autre voie potentielle de propagation de la résistance aux antibiotiques.

« L'utilisation d'antibiotiques sur les cultures est certainement une autre façon dont les communautés bactériennes sont exposées à de faibles niveaux d'antibiotiques, ce qui va bien sûr amplifier les gènes de résistance », a dit Taylor. « Enrober la phyllosphère [surface foliaire] d'antibiotiques va certainement exposer un grand nombre de bactéries à des antibiotiques qu'elles n'auront jamais rencontrées auparavant. »

L'étude a été publiée dans CABI Agriculture and Bioscience, le journal officiel du CABI.

Préoccupations concernant les antibiotiques importants sur le plan médical

Dans leur analyse des données de Plantwise, qui est exploitée par CABI, Taylor et son collègue et coauteur de CABI, Robert Reeder, ont trouvé un total de 436 674 enregistrements provenant de 32 pays, mais la proportion contenant une recommandation d'antibiotiques ne représentait que 0,38%, et les recommandations d'antibiotiques ont été enregistrés dans seulement 17 des pays analysés. L'analyse finale comprenait des enregistrements de 11 pays représentant quatre régions de l'OMS, Asie du Sud-Est, Méditerranée orientale, Pacifique occidental et Amériques.

Les auteurs notent que les données ont été regroupées en régions plutôt que d'être présentées par pays en raison des sensibilités potentielles entourant la recommandation d'antibiotiques à utiliser sur les cultures. De plus, l'ensemble des données ne contient pas d'enregistrements de Chine, qui ne divulgue pas de données à CABI. Et aucun dossier en provenance d'Afrique ne contient de recommandations d'antibiotiques, pour des raisons qui ne sont pas claires, a déclaré Taylor. Il ne pense pas que cela soit dû au coût ou aux différences de cultures ou aux types d'agents pathogènes qui affectent les cultures.

« Les cultures sont similaires à travers le monde, tout comme les maladies », a-t-il dit. « Je pourrais imaginer que les chaînes d'approvisionnement n'ont pas encore atteint l'Afrique et si rien ne change, ce ne sera qu'une question de temps avant que les antibiotiques ne soient utilisés [là-bas]. »

L'analyse a révélé qu'un total de 11 antibiotiques appartenant à huit classes ont été recommandés pour une utilisation sur plus de 100 cultures différentes. Les types d'antibiotiques recommandés variaient selon la région, tout comme les quantités recommandées. Alors que six des antibiotiques sont utilisés principalement pour lutter contre les maladies des plantes, les six autres - amoxycilline, tétracycline, oxytétracycline, streptomycine, gentamicine et céfadroxil - sont considérés comme médicalement importants par l'OMS.

La streptomycine était l'antibiotique le plus fréquemment recommandé, suivie de la tétracycline et de la kasugamycine, un antibiotique développé spécifiquement pour le contrôle des maladies bactériennes dans le riz qui est utilisé sur une variété d'autres cultures.

Le riz était la culture dominante dans laquelle les antibiotiques étaient recommandés. En Asie du Sud-Est, 7,4% des recommandations pour le riz contenaient un antibiotique. Taylor et Reeder ont estimé que si le taux recommandé de plantomycine (un mélange de streptomycine et de tétracycline qui était le plus largement antibiotique recommandé par nom commercial dans l'ensemble de données) a été appliqué à 7,4% de la superficie rizicole d'Asie du Sud-Est, une seule application représenterait 63 tonnes de streptomycine et 7 tonnes de tétracycline.

Les autres cultures pour lesquelles des antibiotiques étaient recommandés étaient les tomates, les agrumes, les pommes de terre et le chou.

Taylor, qui était agriculteur pendant 16 ans avant de rejoindre CABI, a déclaré que de nombreuses personnes dans le monde pensent que les antibiotiques sont un moyen raisonnable de contrôler les maladies des plantes et que les antibiotiques utilisés strictement sur les cultures ne peuvent pas poser de problème pour la santé humaine. Pourtant, l'utilisation d'antibiotiques médicalement importants sur les cultures le préoccupe.

« Je pense qu'il est terrible que des antibiotiques médicalement importants soient utilisés de cette manière », a-t-il dit. « L'utilisation d'antibiotiques dans la production végétale renforce encore les arguments en faveur de l'inclusion de la santé des plantes sous la bannière », Une Seule Santé ou One Health.

Taylor et Reeder ont également noté que les antibiotiques utilisés sur les cultures sont régulièrement mélangés à d'autres produits agrochimiques, ce qui a suscité des inquiétudes quant aux interactions qui pourraient favoriser la résistance croisée ou la co-sélection pour la résistance aux antibiotiques.

« Il y a des preuves alarmantes que le mélange d'antibiotiques avec d'autres produits agrochimiques induit une résistance beaucoup plus rapidement que l'exposition aux antibiotiques isolément, et c'est un problème préoccupant, mais ce n'est pas quelque chose que nous avons étudié », a dit Taylor.

Utilisation d'antibiotiques sur les arbres fruitiers américains

Bien que l'Amérique du Nord ne figure pas parmi les régions couvertes par l'ensemble de données, à ce jour, l'utilisation d'antibiotiques sur les cultures est la plus largement documentée aux États-Unis, où la streptomycine et l'oxytétracycline sont utilisées depuis longtemps pour lutter contre le feu bactérien, une maladie bactérienne qui frappe la pomme et poiriers. Plus récemment, l'Environmental Protection Agency des États-Unis a autorisé une utilisation accrue de l'oxytétracycline sur environ 283 280 hectares de cultures d'agrumes en Floride et en Californie afin de prévenir la maladie du verdissement des agrumes et va examiner une demande d'utilisation accrue de la streptomycine.

Des groupes de défense de la santé publique et de l'environnement, ainsi que les Centers for Disease Control and Prevention et la Food and Drug Administration, se sont déclarés préoccupés par le fait que la pulvérisation de quantités massives de ces antibiotiques sur les agrumes pourrait menacer la santé humaine en sélectionnant des bactéries résistantes aux antibiotiques dans le sol, qui pourraient alors partager des gènes de résistance avec des agents pathogènes qui causent des maladies chez l'homme et les animaux.

Taylor et Reeder disent également qu'il existe des preuves suggérant que les cultures, en particulier si elles sont consommées crues, pourraient être un véhicule potentiel pour que des bactéries résistantes pénètrent dans l'intestin humain. Mais ils notent que ceux qui préconisent l'utilisation d'antibiotiques contre les maladies des plantes soulignent qu'il n'y a aucune preuve de propagation de bactéries résistantes des bactéries phytopathogènes aux agents pathogènes humains ou animaux, malgré plus de 50 ans d'utilisation continue.

Taylor a dit que Plantwise continuerait à collecter des données auprès d'agents de vulgarisation agricole formés dans le monde entier, et ses collègues et lui espèrent être en mesure au fil du temps de cataloguer les différents types d'antibiotiques utilisés sur les cultures et de surveiller leur utilisation.