Les biofilms, un problème récurrent

dans les environnements de production

Christine PISSAVINIUT 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

Planche de découpe

Tapis de convoyage (Staphylococcus sciuri) photo G. Bourdin

Biofilms sur feuille de salade

Bacillus cereus sur inox

Formation d’un biofilm

Adhésion Division cellulaireAggrégats

Formation du Biofilm

Maturation du Biofilm

Interactions physicochimiques

Flux : air, liquide

Film conditionnant

Synthèse d’EPS

(polysaccharides, protéines, ADNe…)

Dispersion

EnvironnementAliments

Expression gènes de stress

Erosion du Biofilm

Cellules planctoniques vs biofilm

• Modification de la morphologie

• Modifications métaboliques

• Résistance à la dessication, aux antibactériens

Physiologie des cellules en biofilm différente de celle des cellules planctoniques

Avantage sélectif

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

Biocides

H20

Nutriments

Interactions bactériennes au sein d’un biofilm

• 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)

Biofilms multiespèces

Composition de biofilms dans différents

environnements alimentaires

Environnement Isolats formant des biofilms (%) References

Atelier produits laitiers,Ligne de pasteurisation

Bacillus cereus

Escherichia coli

Shigella sp. Staphylococcus aureus

Sharma and Anand (2002)

Production de crèmes glacéesListeria monocytogenes

ShigellaGunduz and Tuncel (2006)

ViandeListeria monocytogenes

E. coli

Salmonella

Yersinia Campylobacter

Giaouris et al. (2013)

Transformation de poisson

Neisseriaceae

Pseudomonas

Vibrio

Listeria

Bagge-Ravn et al. (2003)

CrevettesPseudomonas

P. fluorescens, P. putidaGuobjornsdottir et al. (2005)

Exemples de microorganismes pathogènes en

biofilms dans des environnements agroalimentaires

Bactéries pathogènes Support Filière

L. monocytogenes

acier, polymères (tapis convoyeurs, bacs saumurage), bois (maturation fromage), siphons

filière lait, viande, poissons, légumes

Salmonella spp acier ciment, polymères, verrefilières volaille, viande (abattoirs), eau

E. coliacier (couteaux), polymères (tapis convoyeurs)

filière viande

Bacillus cereus

(cellules végétatives et spores)

acier (conduites, tanks, remplisseuses), polymères (joints), papier

filière lait, légumes

Facteurs de risque pour le développement des

biofilms

Surface Fluide Cellules microbiennes

Topographie Vitesse d’écoulementHydrophobicité de

surfaces

Tension de surface (charges)

pH Charges de surfaces

Chimie de surface Température EPS

Hydrophobicité Nutriments disponiblesMolécules Signal

(Quorum sensing)

AnfractuositésPrésence de composés

antimicrobiens

Film conditionnant

D’après Donlan et al., (2002) Emerg Infect Dis. 8: 881–890.

Tout type de surface

Ecologie de Listeria monocytogenes dans des ateliers

de produits carnés

D’après E. Chasseignaux et al. (2002) FEMS Microbiology Letters 210: 271-275

• Température faible• Hygrométrie ambiante élevée• pH neutre voire alcalin• Résine• Rayures, craquelures• Présence de débris organiques

• Enterococcus spp

(pas d’espèce majeure)

• Brochothrix thermosphacta

(4 ribotypes)

• Pseudomonas fragi

(1 ribotype)

• Pseudomonas libaniensis

(2 ribotypes)

Co

nd

itio

ns

envi

ron

nem

enta

les

Flo

res

mic

rob

ien

nes

• Surfaces lisses

Présence de L. monocytogenes

Absence de L. monocytogenes

Les moyens de lutte

Biosurfactants

Biofilms positifs

Matériaux

Limiter l’adhésion Déstructurer le biofilm

Enzymes

Molécules inhibitrices

Bactériophages

Bactériocines

Eliminer le biofilm

Actions mécaniques

Actions chimiques

Evolution de la flore bactérienne

B. Carpentier, O. Cerf (2011) International Journal of Food Microbiology 145:1–8

Mesure d’hygiène inefficace

Mesure d’hygiène efficace

Flore résiduelle après nettoyage et désinfection

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 microbiennesspécifiques, surfaces ouvertes/fermées,…)

• Matériaux innovants antibactériens pour faciliter les opérations de N&D encomplément des biocides

• Contrôle de l’atmosphère de l’atelier (température, humidité)

• Nécessité de considérer les bactéries viables lors des contrôles carstressées (méthodes de détection)

Prévention des biofilms

Prévention des

biofilms

Contrôle des vecteurs de

contamination

(aérosols, liquides, matières premières)

Opération de nettoyage et désinfection

(produits et protocoles adaptés)

Paramètres environnementaux

(Température, hygrométrie…)

Conception hygiénique des

ateliers

(matériaux, design équipement…)

Merci pour votre attention