Les biofilms - Journée Technique BIOFILM 2016
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Les biofilms, un problème récurrent dans les environnements de production Christine PISSAVIN IUT de Saint-Brieuc Département Génie Biologique Journée Technique-Prévention des Biofilms-Ploufragan- 8 Décembre 2016 Les biofilms Communautés microbiennes complexes et organisées persistant sur les surfaces malgré les procédures de nettoyage et désinfection Où trouve-t-on les biofilms en IAA? • Ateliers (viandes, poissons, fromages, etc) – Équipements – Murs, sols – Aération, air conditionné, écoulement des eaux usées, siphons • Équipements fermés (produits laitiers, etc.) – Circuit de fabrication – Conditionnement – Circuit de nettoyage • Cuisines collectives ou non – Surfaces en contact direct ou non avec les aliments – +/- Éponges, torchons Biofilms dans l’environnement Tapis de convoyage (Staphylococcus sciuri) photo G. Bourdin Planche de découpe Biofilms sur feuille de salade Bacillus cereus sur inox Formation d’un biofilm Environnement Aliments Synthèse d’EPS Flux : air, liquide Interactions physicochimiques (polysaccharides, protéines, ADNe…) Dispersion Expression gènes de stress Film conditionnant Adhésion Division cellulaire Aggrégats Formation du Biofilm Maturation du Biofilm Erosion du Biofilm Cellules planctoniques vs biofilm Physiologie des cellules en biofilm différente de celle des cellules planctoniques Avantage sélectif • Modification de la morphologie • Modifications métaboliques • Résistance à la dessication, aux antibactériens Substances Polymériques Extracellulaires (EPS) • Composition: Hydratation 85 à 95% d’eau – – – – – – Polysaccharides Protéines Phospholipides Acides teichoïques Acides nucléiques Autres substances polymériques • Rôles : – – – – Concentration de nutriments Empêcher l’action de biocides Séquestrer des métaux et toxines Empêcher la dessication Nutriments H20 Biocides Interactions bactériennes au sein d’un biofilm Biofilms multiespèces • Le plus fréquemment rencontré • Organisation structurée • Plus épais et plus stable qu’un biofilm monomicrobien • Important nombre de taxons différents • Densité cellulaire plus importante en biofilm qu’en culture planctonique. • Système de communication intercellulaire (Quorum Sensing) Composition de biofilms dans différents environnements alimentaires Environnement Isolats formant des biofilms (%) Bacillus cereus Atelier produits laitiers, Escherichia coli Ligne de pasteurisation Shigella sp. Staphylococcus aureus Listeria monocytogenes Production de crèmes glacées Shigella Listeria monocytogenes Viande E. coli Salmonella Yersinia Campylobacter Neisseriaceae Pseudomonas Transformation de poisson Vibrio Listeria Pseudomonas Crevettes P. fluorescens, P. putida References Sharma and Anand (2002) Gunduz and Tuncel (2006) Giaouris et al. (2013) Bagge-Ravn et al. (2003) Guobjornsdottir et al. (2005) Exemples de microorganismes pathogènes en biofilms dans des environnements agroalimentaires Bactéries pathogènes L. monocytogenes Support acier, polymères (tapis convoyeurs, bacs saumurage), bois (maturation fromage), siphons Salmonella spp acier ciment, polymères, verre E. coli acier (couteaux), polymères (tapis convoyeurs) Bacillus cereus (cellules végétatives et spores) acier (conduites, tanks, remplisseuses), polymères (joints), papier Filière filière lait, viande, poissons, légumes filières volaille, viande (abattoirs), eau filière viande filière lait, légumes Facteurs de risque pour le développement des biofilms Tout type de surface Surface Fluide Cellules microbiennes Topographie Vitesse d’écoulement Hydrophobicité de surfaces Tension de surface (charges) pH Charges de surfaces Chimie de surface Température EPS Hydrophobicité Nutriments disponibles Molécules Signal (Quorum sensing) Anfractuosités Présence de composés antimicrobiens Film conditionnant D’après Donlan et al., (2002) Emerg Infect Dis. 8: 881–890. Ecologie de Listeria monocytogenes dans des ateliers de produits carnés Absence de L. monocytogenes Flores microbiennes Conditions environnementales Présence de L. monocytogenes • • • • • • Température faible Hygrométrie ambiante élevée pH neutre voire alcalin Résine Rayures, craquelures Présence de débris organiques • Surfaces lisses • Enterococcus spp • Pseudomonas libaniensis (pas d’espèce majeure) • (2 ribotypes) Brochothrix thermosphacta (4 ribotypes) • Pseudomonas fragi (1 ribotype) D’après E. Chasseignaux et al. (2002) FEMS Microbiology Letters 210: 271-275 Les moyens de lutte Limiter l’adhésion Déstructurer le biofilm Eliminer le biofilm Biosurfactants Enzymes Actions mécaniques Biofilms positifs Molécules inhibitrices Actions chimiques Matériaux Bactériophages Bactériocines Evolution de la flore bactérienne Mesure d’hygiène inefficace Mesure d’hygiène efficace Flore résiduelle après nettoyage et désinfection B. Carpentier, O. Cerf (2011) International Journal of Food Microbiology 145:1–8 Destructurer le biofilm • Enzymes (α-amylase, protéases, alginate lyases, DNAses) : – efficacité variable selon les biofilms. • Bactériophages : – action spécifique • Bactériocines: – exclusion compétitive • Molécules inhibitrices du Quorum Sensing • Bactéries nageuses (Houry et al., 2012) Coughlan et al. (2016) Frontiers in Microbiology 7:1-21 Limiter l’adhésion • Modification de surfaces Modification des propriétés physico-chimiques des surfaces (Simoes et al, 2010) • Biosurfactants – Modification physicochimique de la surface – Action sur la synthèse des flagelles. • Biofilms positifs : – Compétition – Inhibition Rendueles O. et al. (2013) Environ Microbiol. 15: 334–346. Matériaux antimicrobiens • Matériaux – Design, équipement démontable – Résistants aux produits chimiques, non corrodables. – Topographie • Fonctionnalisation Activité antimicrobienne – Matériaux avec couches minces (coating) (Page et al., 2012) • Argent, CuO, TiO2, Au… • Greffage ammoniums quaternaires • PEG – Matériaux avec inclusion d’antimicrobiens • Argent (Mtimet, 2011) Conclusions • Recherche – Beaucoup d’alternatives efficaces dans des conditions de laboratoire • Développement – Transfert dans les environnements de production • Paramètres environnementaux • Souillures • Types de micro-organismes Conclusions • Solutions adaptées à chaque environnement (flores microbiennes spécifiques, surfaces ouvertes/fermées,…) • Matériaux innovants antibactériens pour faciliter les opérations de N&D en complément des biocides • Contrôle de l’atmosphère de l’atelier (température, humidité) • Nécessité de considérer les bactéries viables lors des contrôles car stressées (méthodes de détection) Prévention des biofilms Contrôle des vecteurs de contamination (aérosols, liquides, matières premières) Conception hygiénique des ateliers (matériaux, design équipement…) Prévention des biofilms Paramètres environnementaux (Température, hygrométrie…) Opération de nettoyage et désinfection (produits et protocoles adaptés) Merci pour votre attention
