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Nettoyage : des spores impossibles à décrocher mécaniquement

Les bactéries adhérentes à la surface d’équipements sont une source majeure de contamination des aliments dans l’industrie. Limiter leur adhésion pendant la phase de production et favoriser leur décrochement lors du nettoyage sont deux enjeux majeurs de santé publique. A travers le projet Interspore, les chercheurs de l’Inra de Lille et leurs partenaires ont acquis des données clés sur les mécanismes d’adhésion des bactéries, en estimant avec précision les forces d’interaction entre bactéries et matériaux. Ces résultats démontrent clairement l’inefficacité de l’action mécanique du nettoyage pour décrocher des spores de Bacillus ou des s. cellules de Listeria. A l’inverse, ils mettent en évidence la facilité de transfert des bactéries adhérentes vers les aliment

illustration du projet INTERSPORE. vue au microscope électronique. © Inra
Mis à jour le 30/05/2013
Publié le 21/12/2011

Les voies de recherche actuellement explorées pour limiter l’adhésion des bactéries aux surfaces inertes ou faciliter leur décrochement sont nombreuses et variées : définition de matériaux antiadhésifs ou antimicrobiens, conception d’équipements hygiéniques, nouveaux procédés de nettoyage (enzymes, débits pulsés…). Afin d’appréhender correctement cette problématique, il est nécessaire de disposer de connaissances approfondies sur les interactions entre bactéries et matériaux. Or les modèles utilisés à ce jour ne prennent en compte ni l’hétérogénéité des populations bactériennes, ni la complexité de surface (présence ou non d’un appendice) et les propriétés mécaniques (déformabilité, fragilité) des bactéries.

Interspore, un projet pour modéliser les phénomènes aux interfaces bactéries/matériaux

Interspore est un projet financé par l’ANR (Agence Nationale de la Recherche) pour 3 ans, et dont l’objectif visait à caractériser les forces d’interaction entre bactéries et surfaces réceptrices, à identifier le rôle joué par ces forces d’interaction sur la résistance des bactéries au décrochement et à identifier les propriétés des bactéries affectant ces phénomènes.

L’hydrophobicité, une propriété clé dans l’adhésion

Les propriétés de surface d’un panel de spores de Bacillus présentant ou non un exosporium (enveloppe externe), ont été caractérisées et leur rôle sur l’adhésion évalué. Contrairement à ce qui est généralement acquis, l’aptitude des spores à adhérer semble peu affectée par la présence d’un exosporium, mais directement expliquée par le caractère hydrophobe et la présence d’appendices. Autre surprise, ce caractère hydrophobe varie entre les espèces de Bacillus mais aussi entre souches appartenant au même groupe. Ainsi, l’hydrophobicité des spores de Bacillus serait liée à la présence ou non d’une glycoprotéine hyperglycosylée (BclA) à la surface de l’exosporium mais aussi la composition de cette glycoprotéine.

Des forces d’interaction bactérie-matériau, particulièrement élevées et des conséquences sur les mécanismes de décrochement des spores adhérentes

Les forces d’interaction entre bactéries et matériaux (acier inoxydable essentiellement) ont été estimées par les forces permettant leur détachement sur quatre souches de Bacillus sélectionnées pour leurs propriétés contrastées. Par microscopie à force atomique (AFM), la force maximale requise pour décrocher la spore variait entre 100 et 900 picoNewtons selon les souches, ce qui suggère des forces d’interactions très élevées.

Ces résultats sont confirmés par des essais de décrochement réalisés dans des conditions proches de celles rencontrées en IAA (écoulements turbulents). En effet, grâce à la construction d’une boucle d’essai permettant d’atteindre une contrainte en paroi de 500 Pa, les chercheurs ont montré que les spores adhérentes sont extrêmement résistantes au décrochement mécanique seul ; entre 10% et 50% des spores ne sont pas décrochées après 10 minutes à 500 Pa. En revanche, l’utilisation de la soude à 0.5% et 60°C permet de décrocher plus de 90% des spores de B cereus 98/4 après 30 minutes à une contrainte moyenne en paroi de 8 Pa, mettant ainsi en évidence le rôle majeur de l’action chimique dans le nettoyage.

Un transfert facile vers les aliments

Les spores adhérentes de Bacillus ont été décrochées par simple contacts successifs avec des boites gélosées. Plus de 40% d’entre elles étaient décrochées au premier contact, ce qui suggère un transfert facile vers les aliments. Les mécanismes mis en jeu lors de ce transfert, malgré des forces d’interaction très élevées restent à identifier.

Des résultats confirmés sur Listeria monocytogenes

Les propriétés bactériennes ayant été identifiées chez Bacillus comme affectant la force d’interaction bactérie/support ont été étudiées sur un modèle non sporulé de bactérie, Listeria monocytogenes. Là encore, le caractère hydrophobe prime sur les autres pour expliquer l’adhésion. Les forces d’interactions bactéries-matériau, bien qu’en moyenne légèrement plus faibles que pour Bacillus, restaient très élevées. Côté transfert vers les aliments, 20 à 50% des souches étaient décrochées au premier contact avec la boite gélosée, suggérant là encore un important risque de contamination croisée des aliments en contact.

La poursuite de ces travaux pourrait rapidement déboucher sur l’optimisation des procédures de nettoyage des installations agroalimentaires, avec à la clé des économies en eau prévisibles.

Contact(s)
Contact(s) scientifique(s) :

  • Christine Faille (03 20 43 54 04) INRA - UR638 PIHM - Processus aux Interfaces et Hygiène des Matériaux - 369 rue Jules Guesde - BP 39 - 59651 VILLENEUVE-D'ASCQ CEDEX
Département(s) associé(s) :
Caractérisation et élaboration des produits issus de l’agriculture
Centre(s) associé(s) :
Hauts-de-France

Plus d’informations

Le projet ANR INTERSPORE « Modélisation de la dynamique des interactions spores de Bacillus/matériau. Rôle de la complexité de surface des spores, application à Listeria monocytogenes, pathogène non sporulé » a réuni 6 partenaires :

  • INRA, UR638 PIHM
  • INRA, UMR792 LISPB
  • CNRS - UMR8161 MCPI
  • CNRS - UMR8576 UGSF
  • INSERM - U1003 LPC
  • ANSES LERPPê

Quelques publications

  • E. Galopin et al (2010) Selective adhesion of Bacillus cereus spores on heterogeneously wetted silicon nanowires. Langmuir 26: 3479‐3484.
  • C. Faille et al (2010) Viability and surface properties of spores subjected to a cleaning‐in‐place procedure. Consequences in their ability to contaminate surfaces of equipment. Food Microbiol. 27:769‐776.
  • C. Faille, et al (2010) Morphology and physico‐chemical properties of Bacillus spores surrounded or not with an exosporium. Consequences on their ability to adhere to stainless steel. Int. J. Food Microbiol. 143:125‐135.
  • Y. Lequette, E. Garénaux, G. Tauveron, S. Dumez, S. Perchat, C. Slomianny, D. Lereclus, Y. Guerardel, C. Faille (2011) Role played by exosporium glycoproteins in the surface properties of Bacillus cereus spores and in their adhesion to stainless steel. Appl. Environm. Microbiol. 77: 4905-4911.
  • Y. Lequette, E. Garénaux, T. Combrouse, T. Del Lima Dias, A. Ronse, C. Slomianny, X. Trivelli, Y. Guerardel, C. Faille (2011) Domains of BclA, the major surface glycoprotein of the Bacillus cereus exosporium. Glycosylation patterns and role in spore surface properties. Biofouling 27 :751-761.