Effet de l`alcool et du temps sur Escherichia Coli

Effets de l’alcool et des autres constituants
chimiques de la bière sur la croissance de
la bactérie Escherichia Coli.
Par:
Mélina Gaudreault, 238 rue du Foyer, Albanel, G8M 3L1, 418-279-5917
Julie Marois, 737 rue Pierre Boulet, Normandin, G8M 4G9, 418-274-3613
RÉSUMÉ: Gaudreault M. et J. Marois. 2004, Effets de l’alcool et des autres constituants
chimiques de la bière sur la croissance de la bactérie Escherichia Coli. Expo-Journal, rapport
interne, programme des Sciences de la nature, Cégep de Saint-Félicien, Saint-Félicien, 7 pages
Afin de tester les effets bactéricides de concentrations variées d’alcool et du temps d’exposition
sur Escherichia coli, nous avons cultivé celle-ci dans des vases de pétri. Nous avons effectué
l’expérience sur quatre semaines à l’aide de onze concentrations d’alcool différentes. Les
résultats ont montré que, de façon générale, plus le temps d’exposition et les concentrations en
alcool sont élevés, plus la bactérie est éliminée. La bactérie a cependant montré une très
surprenante résistance --survie après 4 semaines d’exposition-- pour des concentrations d’alcool
voisines de celle de la bière (4 à 8%). Finalement, les constituants de la bière, autres que l’alcool,
augmentent, dans tous les cas, les effets bactéricides de l’alcool.
MOTS-CLÉS : biologie, bactérie, Escherichia coli, antiseptique, alcool, bière, houblon, forme de résistance.
AU SECOURS! DES BACTÉRIES!!
Vous l’avez sans doute remarqué, notre ère
ayant soudainement attrapé la phobie des
bactéries,
la
société
s’est
retrouvée
inévitablement envahie par des produits
antibactériens de toutes sortes. À trop vouloir se
protéger, notre système immunitaire se retrouve
« en vacances » et perd donc, peu à peu, de son
efficacité. Un jour, nous ne serons même plus
aptes à combattre adéquatement de simples
virus, et malheureusement, ce phénomène est
déjà observable. Il est particulièrement
intéressant d’observer le comportement de
différentes bactéries lorsqu’elles sont mises en
contact avec certains agents antiseptiques.
Les bactéries sont des microorganismes
unicellulaires qui ne possèdent pas de véritable
noyau.
négatif », et ne
« endospores »
produirait
donc
pas
ces
La croissance bactérienne s’effectue selon ce
schéma
Figure 2 : Courbe de croissance d’une population
bactérienne.
La phase de latence est la période entre
l’implantation des bactéries dans un milieu et
l’instant où elle se commence à se reproduire.
Ensuite vient la phase de croissance
exponentielle, où la bactérie se multiplie et
exploite son milieu. Par la suite vient un équilibre
entre le nombre de bactéries qui se multiplie et
le nombre qui meurent (par la suite de manque
de
nutriments,
manque
d’espace
ou
d’accumulation de toxines). Finalement, les
bactéries se mettent à mourir de façon
exponentielle, ou bien, stoppent totalement la
multiplication pour se protéger (résistance).
(Microbiologie Générale, 1990, p. )
Figure 1 : Bactérie quelconque
(URL :perso.wanadoo.fr/.../maladies/maladie
s.htm)
Elles se reproduisent par scissiparité (mode de
reproduction asexuée), ce qui constitue une
synthèse
continuelle
de
l’ADN
(Campbell,1995,p.520). Certaines bactéries,
dites à « gram positif », ont la capacité de
produire des cellules résistantes que l’on nomme
« endospores ». Cette paroi résistante leur
permet de survivre à toutes sortes d’agressions,
telles des températures extrêmes, le manque de
nutriments, d’eau, ou certains poisons. À l’aide
des endospores, les bactéries peuvent demeurer
inactives pendant des siècles et ne reprendre
leur état végétatif (producteur de colonies) que
lorsque les conditions environnantes seront plus
adéquates (Campbell,1995,p.517, 526). La
bactérie Escherichia coli, celle étudiée lors de
cette expérience, est une bactérie « gram
B09.2
Figure
3:
Bactérie
Escherichia
coli
(URL :
www.askthemeatman.com/ e-coli_facts.htm)
Effets de l’alcool, des autres constituants de la bière et du temps sur Escherichia coli
La bactérie étudiée, Escherichia coli, est de type
anaérobie facultatif, car elle n’utilise pas
l’oxygène lors de la respiration. Elle vit dans le
tube digestif des animaux et fait partie de la
classe
des
entérobactéries.
(Campbell,1995,p.526).
Certains agents chimiques peuvent nous aider à
lutter
contre
la
bactérie,
comme
les
antiseptiques. Les bactéries ne semblent pas
avoir développé de résistance (théoriquement) à
ces agents chimiques. Pour qu’un antiseptique
soit considéré comme efficace, il doit présenter
plusieurs propriétés :
-
Un large spectre d’action
-
Une faible toxicité
-
Un bon pouvoir pénétrant
-
Un pouvoir détergent
-
Une bonne solubilité
Il doit aussi agir rapidement, à faible
concentration, à la température ambiante et ne
pas réagir avec les matières organiques
éventuellement présentes dans l’environnement.
Il doit également être facilement disponible et
peu coûteux (Microbiologie générale,1990, p. ).
Les alcools possèdent une bonne activité
antiseptique. En effet, ils détruisent les microorganismes en se fixant sur leur membrane et en
perturbant leurs activités. Ils sont efficaces
contre les bactéries « Gram positif » et « Gram
négatif » (Escherichia coli). Les bactéries Gram
négatif ont une forte teneur en lipides et c’est
pourquoi elles sont plus sensibles à l’action de
l’alcool
que
les
autres
(Microbiologie
générale,1990, p. ). De là vient nos deux
premières hypothèses :
Plus la concentration en alcool est élevée et plus
le temps d’exposition des bactéries à l’alcool est
grand, plus les bactéries sont éliminées
rapidement.
L’alcool des boissons alcoolisées est produit par
la fermentation alcoolique exercée par les
bactéries environnantes. Ces boissons sont
fabriquées avec de l’eau ou des jus de fruits
contenant :
-
sucres
aptes
(fermentescibles);
-
eau à environ 90%;
à
-
houblon, ses composés chimiques
inhiberaient la prolifération des bactéries
pouvant interférer avec les levures lors
de la fabrication de la bière;
-
levure qui transforme les sucres en
alcools et en gaz carbonique. E. coli
peut faire parti des ferments et levures.
Les boissons fermentées sont utilisées depuis la
plus haute antiquité. Il semble que la
fermentation augmente la conservation des
aliments. La fermentation produit l’alcool; un
produit normal en milieu anaérobie. La
fermentation ne produit qu’une faible quantité
d’alcool (4 à 12 % d’alcool). Il est possible que
cette faible quantité d’alcool ait un effet
bactéricide qui aide à conserver les aliments.
Une chose est certaine, en grande quantité
(70%) l’alcool tue quasi instantanément les
bactéries. Encore reste-t-il à vérifier l’effet de
faibles quantités d’alcool sur de longs intervalles
de temps, d’où nos deux premières hypothèses.
Les autres hypothèses émises furent :
Les constituants de la bière autres que l’alcool
possèdent des propriétés antiseptiques et le
houblon possède la majeure partie de ces
propriétés antiseptiques, même en dehors de la
fabrication de la bière.
ET HOP ! DANS L’ALCOOL!
Nos expérimentations se sont divisées en deux
étapes :
Expérimentation 1 : Effet de l’alcool
Elle consistait en une vérification des propriétés
antiseptiques de l’alcool en concentrations
faibles et en fonction du temps (voir données
Figure 6.1). Plus précisément, nous utilisions 11
éprouvettes contenant exactement la même
quantité de bactéries (une goutte de bactéries
chacune, prélevées dans un bouillon de culture
nutritif). Nous vérifiions combien de temps
prenaient les 11 concentrations différentes en
alcool à tuer les bactéries. Théoriquement, dans
un milieu contenant environ 4-5% d’alcool, les
bactéries ne pouvaient survivre, et c’est ce que
nous voulions vérifier en tout premier lieu.
fermenter
Effets de l’alcool, des autres constituants de la bière et du temps sur Escherichia coli
B09.3
Pour ce faire, nous nous sommes procurées de
la bière 0,5% et nous l’avons alcoolisée nous
même en laboratoire selon les concentration
requis, à l’aide d’éthanol 99%.
Il était très important, tout au long de nos
expérimentations, de stériliser tout le matériel
nécessaire, tel l’anse, avec le brûleur Bunsen, et
les divers pipettes et comptes gouttes utilisés à
l’aide d’un stérilisateur. Il était aussi important de
veiller à ce que nos géloses restent intactes et
stériles.
* Au fur et à mesure que nous obtenions des
résultats, il nous a fallu émettre une cinquième
hypothèse :
Figure 4 : Montage de l’expérience pour différents
pourcentages d’alcool.
La bactérie Escherichia coli, une bactérie Gram
négatif qui, en théorie, ne fabrique pas
d’endospores, aurait une forme de résistance à
l’alcool pour des concentrations avoisinantes à
celles de la bière; 4-5-6-8%.
Expérimentation 2 : Effets des constituants
de la bière autre que l’alcool
Une vérification des propriétés antiseptiques de
la bière en fonction de la concentration en alcool
et du temps a été effectuée. Autrement dit, nous
avons fait la même expérience qu’à la première
étape, mais nous y avons rajouté les
constituants de la bière (autres que l’alcool).
ESCHERICHIA COLI, ES-TU LÀ?
Comme l'indique la figure 6,1 la bactérie
Escherichia coli est toujours présente dans les
échantillon à faibles concentrations d’alcool
après une couple d’heure d’exposition. On note
que l’alcool 40% la tue instantanément. La
couleur indique la présence d’E. Coli.
Quan
tité
d'al
cool
(%)
40
30
20
12
8
6
5
4
2
1
0
0
Figure 5 : Montage de l’expérience pour différents
pourcentages d’alcool dans des solutions composées
des constituants de la bière.
B09.4
1h 1h 2h
2 5 10 15 20 30 50 00 30 15
T e m p s (mi n)
Firgure 6.1 : Effet du temps et de l’alcool sur
l’élimination de la bactérie E. coli.
Effets de l’alcool, des autres constituants de la bière et du temps sur Escherichia coli
À travers la figure 6,2, on remarque que dans
plusieurs concentrations d’alcool, la bactéries est
absente à la semaine 1 et réapparaît par la suite
dans quelques unes de ces concentrations.
Quan
tité
d'al
cool
(%)
40
30
20
12
8
6
5
4
2
1
0
0
1
Temps
2
(semain e)
3
Figure 7.2: Effet du temps et des constituants de
la bière sur l’élimination de la bactérie E. coli.
0
1
2
3
4
T emps (sem aine)
5
6
Figure 6.2 : Effet du temps et de l’alcool sur
l’élimination de la bactérie E. coli.
À la figure 7,1, on observe la disparition de la
bactérie dans les fortes concentrations d’alcool
additionnées des constituants de la bière après
seulement quelques minutes.
Quan
tité
d'al
cool
(%)
40
30
20
Quan 12
tité
8
d'al
6
cool 5
(%)
4
2
1
0,5
40
30
20
12
8
6
5
4
2
1
0,
5
1h 1h 2h
0 2 5 10 15 20 30 50 00 30 15
T em ps (mi n)
Figure 7.1: Effet du temps et des constituants de
la bière sur l’élimination de la bactérie E. coli .
La figure 7,2 indique la capacité des constituant
de la bière autres que l’alcool à éliminer la
bactérie à long terme.
À L’ABRI DES BACTÉRIES….?
Une analyse de la Figure 6,2 et de la Figure 7.2
nous porte à croire que nos premières
hypothèses étaient exactes, c'est à dire que plus
la concentration en alcool est élevée et plus le
temps d’exposition des bactéries à l’alcool est
grand, plus les bactéries meurent. Cependant,
dans la Figure 6.2, ces hypothèses ne sont
vraies que pour certaines concentrations
seulement. En effet, nous avons observé que
la bactérie Escherichia coli avait développé
une forme de résistance pour l’alcool à 4-5-68%. Ce qu’il y a de plus curieux dans tout ça,
c’est que la bactérie E. Coli (Gram négatif)
n’aurait théoriquement pas d’endospores
pour se protéger, et la concentration en
alcool de la bière (4-5%) serait théoriquement
assez forte pour tuer les bactéries. Nos
résultats semblent toutefois dire le contraire.
Si l’on analyse les Figure 6,1 et 7,1 on peut
facilement observer que les constituants de la
bière (autre que l’alcool) auraient un certain
pouvoir antiseptique. Si l’on regarde de près et
que l’on compare les concentration 30% dans
l’alcool seulement et dans l’alcool additionné des
constituants de la bière, on voit très bien que
dans l’alcool seulement, le 30% a mis environ
1h30 à tuer E.Coli, et lorsque cette
concentration était additionnée de bière, elle
n’a mis que 2 minutes à la tuer. Un
phénomène semblable est observable pour la
concentration 20%. Ici, on doit tenir compte du
fait que « l’absence de bactéries » à 0 minute
n’est qu’une donnée aberrante (les bactéries
avaient probablement coulées sur la face
Effets de l’alcool, des autres constituants de la bière et du temps sur Escherichia coli
B09.5
intérieure de l’éprouvette avant d’atteindre le
milieu alcoolisé, et n’y étaient donc pas
« arrivées » lorsque nous avons pris notre
premier prélèvement). Alors si l’on en croit les
résultats obtenus, les constituants de la bière
autre que l’alcool ont des propriétés
antiseptiques. Nous avons malheureusement
manqué de temps, et n’avons pas pu savoir quel
est le constituant antibactérien principal contenu
dans la bière (à part l’alcool, bien sûr!). Si l’on se
fie à la théorie, il s’agirait probablement du
houblon. Nous continuons tout de même à
émettre l’hypothèse que le houblon possède la
majeure partie de ces propriétés antiseptiques,
même en dehors de la fabrication de la bière.
Par ailleurs, cinq causes d'erreur méritent d'être
soulignées:
•
•
•
•
Pendant notre expérimentation, nous
devions
effectués
le
prélèvements
d’échantillons dans les diverses solutions
d’alcool dans des temps très rapprochés ce
qui occasionnait des dégagements très vifs
de chaleur dans les solutions. Cette réaction
répétée à pu avoir comme effet d’éliminer
les bactéries situés dans le périmètre
affecté.
En répartissant notre expérience sur quatre
semaines, nous avons dû utiliser quatre
flores bactériennes différentes. Nous
n’écartons pas la possibilité que ces flores
aient pu être constituées de bactéries aux
forces et capacités différentes. Par ailleurs,
chaque flore n’avait possiblement pas la
même quantité de bactéries.
Les milieux nutritifs stériles contenus dans
les vases de pétri ont subi quelques
contaminations
internes,
dû
au
rapprochement des échantillonnages, et
externes, provoqués par
des bactéries
étrangères. Étant donné l’impossibilité de
travailler dans un environnement totalement
stérile, les contaminations sont presque
inévitables.
Étant donné la grande quantité de
prélèvements à effectuer, nous avons dû
procéder dans un temps relativement court.
Ainsi, le temps à laquelle chaque
prélèvement a été fait peut diverger de
quelques minutes avec celui prévu dans
notre tableau de résultat.
B09.6
•
Le temps prévu dans l’incubateur pour
permettre aux bactéries de proliférer était de
2 jours, mais des conflits d’horaire nous ont
obligés à les laisser parfois jusqu’à une
semaine dans celui-ci ce qui peut nous
amener à surestimer la capacité des
bactéries dans certains pourcentages
d’alcool.
Cependant, les effets que l’alcool a eu sur nos
flores bactériennes dans un cours laps de temps
concordent avec la théorie. En effet, les résultats
pris dans leur ensemble sont très logiques, ce
qui nous amène à penser que les quelques
erreurs qui sont
survenues au cours des
manipulations n’ont pas affecté réellement les
résultats. En effet, ce ne sont pas de graves
erreurs et, de ce fait, nos résultats sont
significatifs.
ÉTONNAMENT
Notre expérimentation nous a permis de
confirmer les deux premières hypothèses qui
voulaient que plus la concentration en alcool est
élevée et plus le temps d’exposition est grand,
plus la bactérie Escherichia coli meurt.
Notre troisième hypothèse qui attestait que les
constituants de la bière autres que l’alcool
possèdent des pouvoirs antiseptiques a
également été validée.
Pour ce qui est de notre quatrième hypothèse,
nous n’avons malheureusement pas pu la
vérifier. En effet, les manipulations permettant de
vérifier les propriétés antiseptiques du houblon
auraient pris environ quatre semaines, ce qui
n’entrait pas dans notre horaire.
Concernant la cinquième hypothèse, émise au
cours de l’expérimentation, nous avons obtenu
des résultats très surprenants. La forme de
résistance dont a fait preuve la bactérie
Escherichia coli s’est avérée contraire à ce que
la littérature nous présentait. Étant donné que
cette bactérie affronte depuis très longtemps des
substances tel l’alcool, nous croyons possible
qu’elle ait développée une forme de survie dans
un tel environnement (tout comme d’autres
bactéries résistent de plus en plus aux
médicaments et aux agents antibactériens). Les
boissons contenant de l’alcool de 4 à 8%
Effets de l’alcool, des autres constituants de la bière et du temps sur Escherichia coli
existent depuis très longtemps, la réaction de la
bactérie peut ainsi être expliquée.
ainsi que nos techniciennes, Madame Louise
Poirier et Madame Céline Matte pour leur aide,
leurs conseils et leur patience.
AUX PORTES DU FUTUR
BIBLIOGRAPHIE
De nos jours, on utilise fréquemment l’alcool à
friction, qui contient 70% d’éthanol, pour
désinfecter les plaies. Notre expérience
démontre l’efficacité de cet usage, du moins, en
ce qui a trait à la bactérie Escherichia coli. Nous
avons également fait la preuve qu’une autre
substance que l’alcool dans la bière est
responsable de l’élimination des bactéries. Ainsi,
cette substance encore inconnue, et qui est
peut-être le houblon, pourrait permettre à
l’industrie pharmaceutique de fabriquer un
nouvel antiseptique. Le houblon n’était
commercialisé qu’aux fins de la fabrication de la
bière, son expansion économique pourrait être
très intéressante. Enfin, ayant démontré que la
bactérie Escherichia coli peut survivre et
s’adapter dans des milieux inhospitaliers, nous
en concluons que les bactéries peuvent parfois
avoir des comportements très imprévus et même
dangereux. Nous devons ainsi prendre toutes
les précautions nécessaires lorsque nous y
sommes exposés.
Regnault Jean-Pierre, 1990, Microbiologie
Générale, Éditions Vigot et Décarie éditeur inc,
Montréal, Canada, 860 pages
Bourgeois, Claude. 1998. La bière et la
brasserie. Presses Universitaires de France.
Paris, France.127 pages
Fabrication de la bière, (page consultée le 15
février
2004),
[En
ligne],
URL :
http://www.beerexports.gr/content/fr/beerbrewing.htm
Hairy bacteria in 3D, (page consultée le 5 mai
2004),
[En
ligne],
www.raboo.com/examples/ 3d/3d_6.htm
URL :
(page
1:
Les
maladies,
consultée le 5 mai 2004), [En
ligne],
URL :
Figure
perso.wanadoo.fr/.../maladies/ maladies.htm
SUGGESTIONS
Comme suggestions à des collègues qui
seraient intéressés à reprendre notre travail, il
serait tout d’abord intéressant de déterminer le
pouvoir antiseptique du houblon. Nous n’avons
pas pu l’effectuer mais nous aurions beaucoup
aimé savoir si le houblon peut tuer E.Coli même
en dehors du procédé de fabrication de la bière.
Figure 2 : E-Coli Facts, (page consultée le 5
mai
2004),
[En
ligne],
URL :
www.askthemeatman.com/ e-coli_facts.htm
Nous leur suggérons aussi d’effectuer les
mêmes expériences, mais avec un plus grand
éventail de temps (étalé sur plus de cinq
semaines), ou même avec une autre sorte de
bactérie.
REMERCIEMENTS
Les auteurs tiennent à remercier :
- Laval Duchesne, professeur de biologie au
CÉGEP de St-Félicien
Effets de l’alcool, des autres constituants de la bière et du temps sur Escherichia coli
B09.7