Transcript biocontaminations

Les
biocontaminations
des aliments et des
bioproduits
(produits de la
biotechnologie)
1
Effets de ces biocontaminations :
Effets positifs
Microorganismes utiles pour la fabrication du produit
Effets négatifs
Microorganismes
- altérant la qualité du produit
- dangereux pour la sécurité du consommateur du
produit
Plan
1- Les originesdes biocontaminations
2- Les effets positifs et négatifs des
biocontaminations
3
1- Les origines des
biocontaminations
4
Origine des microorganismes des aliments
et des bioproduits :
- Origine exogène (contamination par
eau, sol, air, poussières)
- Origine endogène (microorganismes
présents naturellement dans le produit
lui-même)
5
1-1- Origine exogène des
microorganismes
1-1-1- Contamination par la flore
tellurique (flore du sol)
• Flore du sol toujours importante : les
seules bactéries dans un sol riche
représentent jusqu'à 12 tonnes à
l'hectare !
• Un gramme de terre prélevé peut
contenir de un à trois milliards de
bactéries… et 100 millions de
moisissures et levures…
7
Genres présents extrêmement variables.
Parmi les bactéries les plus représentées
- les Actinomycètes,
- Pseudomonas,
- et bien sûr les sporulés comme Bacillus,
Clostridium, etc…..
Présence également de moisissures
et de levures
8
Produits les plus exposés :
- les légumes,
- les fruits.
9
1-1-2- Contamination par la flore de l’eau
Origine des microorganismes de l’eau :
- microorganismes du sol, des végétaux
bordant les cours d’eau et des plantes
aquatiques
- microorganismes provenant de la
pollution animale et humaine des cours
d’eau et donc notamment
microorganismes de contamination
fécale.
10
Nature des microorganismes de l’eau
Flore abondante et diversifiée :
Pseudomonas, Acinetobacter
, Vibrio,
Flavobacterium, Aeromonas, Alcaligenes,
etc….
(coques Gram +)
11
Nature des microorganismes de l’eau
S'y ajoute ensuite fréquemment une flore
fécale par contamination humaine ou
animale : entérobactéries, entérocoques,
Clostridium, et éventuellement des virus
(Entérovirus ou encore le virus de
l'hépatite A).
12
• Entérovirus : virus non-enveloppés à
ARN simple brin de polarité positive
appartenant à la famille des
Picornaviridae. ...
• Virus de l’hépatite A : virus à ARN +
sans enveloppe et entouré d’une capside
protéique.
13
Les eaux utilisées en industrie sont donc
systématiquement traitées,
mais l'aliment peut avoir été contaminé
par des eaux sur le site de production
(eaux d'arrosage…).
14
1-1-3- Contamination par la flore
de l’air
Origine des microorganismes de Conséquence : la
l’air :
composition de
microorganismes en transit
la flore de l’air
fixés sur des poussières ou
dépend
des aérosols et véhiculés par
essentiellement
eux provenant
de l’activité qui
est exercée
- dans une salle vide : du sol
- dans une pièce dans laquelle
se trouvent des personnes :
des chaussures, des
vêtements, de la peau, des
cheveux, du rhinopharynx…….
15
Nature des microorganismes de l’ air
- Bactéries résistant bien à la dessication
: sporulés, Micrococcus, Staphylococcus,
peu de Gram - Moisissures : Aspergillus, Penicillium
- Plus rarement des levures
16
- Bactéries résistant bien à la dessication
: sporulés, Micrococcus, Staphylococcus,
peu de Gram -
17
Nature des microorganismes de l’ air
- Moisissures : Aspergillus, Penicillium
18
Conséquences de la présence des
microorganismes en suspension dans l’air
• Très grande importance du rapport surface / volume dans
la contamination aérienne
• Difficulté de bien contrôler cette contamination
(importance de la filtration de l’air, de la fermeture des
portes, du contrôle des flux des matières, des produits et
du personnel, de l’utilisation de salles blanches….
19
1-1-4- Contamination par la flore
humaine
• L'Homme manipulant les produits, la
flore qu'il porte est évidemment
source de contamination fréquente :
– la flore oro-pharyngée,
– la flore commensale du tube
digestif,
– la flore cutanée
20
Flore oro-pharyngée :
– Streptococcus,
– Staphylococcus, etc.,
contaminante par
les toux, éternuements,
les goûtages,
et les mains sales (mouchages),
21
Flore commensale du tube digestif
Flore riche en anaérobies (sporulés
comme Clotridium ou non), en
entérobactéries (Salmonella, Shigella),
Staphylococcus aureus….., etc…
Flore contaminante essentiellement
par les mains sales si pas de lavage à la
sortie des toilettes.
22
• Flore cutanée constituée :
– d'une flore résidente
Flore toujours présente sur la peau, souvent
organisée en micro-colonies en surface de la couche
kératinisée, et qu'il n'est pas possible d'éliminer en
totalité,comprenant par exemple : Staphylococcus
epidermidis et d'autres staphylocoques,
Propionibacterium acnes, des corynébactéries, etc.
– d'une flore transitoire
Flore non permanente, et qui peut être éliminée par
des méthodes d'hygiène appropriées), issue des
flores oro-pharyngées, commensales, etc.
23
Intérêt du lavage des mains pour éliminer
la flore transitoire,
mais limites du fait de la flore résidente.
24
Remarque :
- Possibilité d’effets positifs de cette
flore lors de certaines productions locales
artisanales (raisins foulés aux pieds, alcools
produits par mastication puis fermentation
de végétaux, etc.)
- mais généralement effets négatifs :
flore d'altération, parfois même une flore
pathogène (les pathogènes pour l'Homme
sont évidemment souvent hébergés par des
Hommes).
25
1-1-5- Contamination par la flore
du matériel des locaux
Atelier de production, tout comme le
matériel utilisé, sont souvent source de
contamination,
- soit par portage d'une des flores de
l’eau, du sol, de l’air, du personnel,
- soit parce que le lieu ou le matériel
est naturellement contaminé (rôle des
caves en fromagerie traditionnelle).
26
1-2- Origine endogène des
microorganismes
Microorganismes provenant de
l’organisme à partir duquel le produit
est fabriqué :
- microorganismes commensaux
- microorganismes pathogènes
28
1-2-1- Flore commensale
1-2-1-1- Microorganismes présents sur les
légumes, les fruits mal lavés
29
1-2-1-2- Microorganismes provenant des
animaux
a/ microorganismes présents sur la peau,
le pelage, le plumage et les muqueuses de
l’animal pouvant devenir contaminant
- lors de la traite pour le lait
(Lactobacillus et Lactococcus du pis)
- lors de l’abattage d’un animal
30
b/ Microorganismes d’origine intestinale contaminant
notamment
* la viande
* l’œuf
31
* Contamination de la viande
- soit à l’occasion de l’éviscération de
l’animal et / ou de sa découpe
- soit par passage dans le sang en
période post prandiale si abattage réalisé
lorsque l’animal n’est pas a jeun
32
* Contamination de l’œuf
Œuf expulsé du corps de la poule
via le cloaque, donc au contact de
résidus de matières fécales
Contamination inévitable de la
coquille (mais il n'y a normalement pas
développement de contaminant dans
l'œuf au moins les deux première
semaines).
33
1-2-2- Flore pathogène
1-2-2-1- Cas de la flore pathogène des
matières végétales
- Pas de danger direct pour le consommateur
car les microorganismes phytopathogènes sont
presque tours inoffensifs pour l’homme et
l’animal
- Risque d’altération du produit par ces
microorganismes
34
1-2-2-2- Cas de la flore pathogène des
matières animales
- Danger possible pour le consommateur car
certains microorganismes pathogènes pour
l’animal peuvent être pathogènes pour l’homme
(ex : Salmonella, Brucella, Mycobacterium
bovis………)
35
2- Conséquences
de la
contamination
36
Les microorganismes contaminant l'aliment s’y
développent, augmentant la charge microbienne de
celui-ci, dès lors que les conditions sont favorables,
et notamment :
• le pH,
• le potentiel redox
• la disponibilité de l'eau
• la température
• la composition de l'aliment lui-même, qui fournit
les nutriments disponibles pour le métabolisme
microbien.
37
Le pH doit être
• proche de la neutralité (7 à 9
souvent) pour la plupart des bactéries,
• parfois plus acide
• ou, plus rarement, plus alcalin pour un
certain nombre de Champignons
(levures, moississures)
38
La disponibilité de l'eau
Paramètre caractéristique : Aw ou
activité de l'eau,
Valeur très limitante pour la plupart des
bactéries, un peu moins pour les moisissures
(voir cours de 1ère année)
,
39
Influence de la température qui permet de
distinguer des aptitudes très différentes
entre microorganismes :
- psychrophiles,
- psychrotrophes,
- mésophiles,
- thermophiles.
40
Bilan :
Selon la composition de l’aliment, certains
microorganismes vont se développer davantage
que d’autres.
La flore définitive d’un aliment est toujours
différente de la flore originelle.
La multiplication des microorganismes dans
l’aliment va :
- soit provoquer des effets indésirables
(altérations de l’aliment, maladies du
consommateur…)
- soit permettre une production du
bioproduit.
41
2-1- Conséquences négatives
Les microorganismes, pour se développer :
– utilisent les biomolécules contenues dans le
produit comme nutriments et altèrent ainsi
les qualités organoleptiques
– épuisent l'aliment, en certains nutriments et
altèrent ainsi les qualités nutritives
– produisent des métabolites secondaires et
des déchets pouvant ainsi altérer les qualités
organoleptiques et / ou être dangereux pour
la santé du consommateur.
Conséquences :
– Modifications des caractéristiques
organoleptiques du fait
• modification de la texture du produit
• modification de la composition biochimique du
produit,
• modification des propriétés physico-chimiques
aussi (acidification par exemple ; production et
consommation de gaz ; etc.) :
– Effet pathogène du produit du fait
• de la présence de toxines uniquement
• de la présence des microorganismes
2-1-1- Modifications des propriétés organoleptiques
Sont dues au développement de
microorganismes
- responsables de protéolyse, de lipolyse
- produisant des molécules aux odeurs
désagréables :
* NH3 (par désamination des acides
aminés),
* amines (par décarboxylation des acides
aminés),
* H2S (par dégradation des acides aminés
soufrés)
45
2-1-2- Création d’intoxications
Un certain nombre de microorganismes peuvent
être à l’origine de troubles chez le consommateur :
- soit uniquement par production de toxines
induisant une intoxination (entérotoxine de
Staphylococcus aureus, toxine de Clostridium
botulinum, toxines de Bacillus cereus…)
- soit par virulence avec éventuellement production
de toxines (Salmonella, Shigella, Yersinia, Listeria,
….)
46
2-1-2-1- CAS DES INTOXINATIONS
ALIMENTAIRES
47
a/ Exemple : cas du botulisme
• Toxine secrétée par un des 8 types de
Clostridium botulinum (bacille Gram +,
anaérobie strict, sporulé de variété
antigénique A, B, C1, C2, D, E, F, G, d’où la
sécrétion de 8 variétés de toxines ayant
des caractéristiques antigéniques
différentes).
• Maladie « jamais » contractée par
l’ingestion de bacilles (pas de production
de toxines dans l’intestin sans doute en
raison de la flore commensale associée).
48
Cas du botulisme
• Propriétés des toxines botuliniques :
– Résistantes à l’acidité gastrique et aux enzymes
digestives
– Dénaturables par la chaleur, d’où la perte de la
toxicité (et du caractère antigénique)
– Inactivables par le chlore (important dans les
eaux d’alimentation)
– Effet toxique considérable par action sur le
système nerveux
(neurotoxine responsable d’une paralysie
musculaire flasque)
49
50
Aliments en cause :
• Conserves mal stérilisées contenant des spores
non détruites, notamment
– conserves de végétaux car présence de spores dans
la terre,
– conserves de poissons et de crustacés car présence
des spores dans les sédiments marins.
• Jambons crus artisanaux (porc hébergeant
Clostridium botulinum en commensal dans son
intestin et qui peut passer dans les muscles si
abattage non correct ou en période postprandiale).
51
Pour que la toxine soit produite, il faut :
• anaérobiose,
• pH du milieu supérieure à 4,5
• absence de nitrites
• concentration en NaCl inférieure à 10g/L.
52
Traitement :
• sérothérapie antitoxique (injection
d’antitoxines)
• traitement symptomatique : notamment
respiration assistée.
53
b/ Exemple : cas de l’entérotoxine
staphylococcique
L’agent :
Toxine secrétée par certains
Staphylococcus aureus (il en existe 8
immunotypes).
54
Propriétés des entérotoxines staphylococciques
• Très grande résistance
• Résistance à de nombreuses enzymes
protéolytiques (trypsine, chymotrypsine, papaïne)
• Thermorésistance (chauffage 1 heure à 100°C et
quelques minutes à 120°C pour obtenir la
dénaturation)
• Effet toxique dû à son action de superantigène
(voir cours sur les toxines). Hyperproduction
d’interleukines par les lymphocytes anormalement
activés en grand nombre par le superantigène qu’est
cette toxine.
55
Aliments en cause
• Salaisons (Staphylococcus aureus cultive en milieu
hypersalé),
• Charcuteries,
• Pâtisseries à cause des crèmes,
• Laitages et glaces.....
Origine des microorganismes contaminant
• Essentiellement contamination exogène par le manipulateur
(ayant un furoncle, une plaie infectée ou hébergeant des
bactéries dans ses fosses nasales ou goûtant les plats).
• Éventuellement contamination endogène de la matière
première.
56
c/ cas de Bacillus cereus
L’agent
• Toxine émétisante qui a peut-être
aussi une action de superantigène
secrétée par Bacillus cereus : bacille
Gram + sporulé, catalase + , aérobie
57
Aliments en cause : (retenir avant tout le
riz !)
- Riz préparé dans les restaurants
orientaux…
Origine des microorganismes contaminant
- Origine tellurique le plus souvent et la
bactérie ensuite doit pouvoir se multiplier
dans l’aliment.
58
Ne pas oublier la production d’amines biogènes
comme l’histamine
- d’aflatoxines ………
59
2-1-2-2- CAS DES INFECTIONS
ALIMENTAIRES
60
a/ Principales bactéries en cause
- Salmonella (50% des toxinfections
alimentaires en France),
- Shigella ,
- EIEC, EPEC, EHEC,
- Listeria monocytogenes,
- Yersinia enterolitica ,
- Clostridium perfringens de type A
61
b/ Mécanisme physiopathologique
• Invasion de la muqueuse intestinale
• Possibilité de multipliecation dans la cellule et envahissement des
cellules voisines,
• Mise en place parfois d’une réaction inflammatoire, avec
destruction des cellules, provoquant un certain nombre de troubles
(fièvre, selles sanglantes, diarrhée…).
• Production fréquente de cytotoxines (Shiga toxine)
• Possibilité d'invasion de l'organisme suivie éventuellement d’une
septicémie.
• Libération de LPS, par les Gram négatif, chez des individus
sensibles, pouvant provoquer des troubles majeurs liés aux
interleukines libérées par les macrophages infectés : choc toxique,
observé en particulier lors de la typhoïde, mais rare.
• Dans le cas des Listeria, l'infection intestinale est limitée dans ses
manifestations et chez certains individus sensibles, une méningite,
précédée d'une septicémie, peut apparaître. La transmission au
fœtus provoque souvent avortement ou infection néonatale
gravissime
62
c/ Cas particulier des infections
alimentaires à Clostridium perfringens
A
Bactéries en cause :
• Clostridium perfringens en grande
quantité dans un aliment
• Clostridium perfrigens : bacille Gram +,
anaérobie strict, réduisant les sulfites
en sulfures, cultivant à 46°C, même en
présence de cyclosérine.
63
Mécanisme physiopathologique :
• Clostridium perfringens A ingérés avec l’aliment.
• Sporulation des bactéries dans l’intestin.
• Libération dans l’intestin d’une entérotoxine, produite en
quantité excessive, protéine qui est un des éléments
structuraux de la spore. C’est une protéine comportant 2
zones : zone hydrophile et zone hydrophobe.
• Fixation de l’entérotoxine sur un récepteur membranaire
de la cellule intestinale par sa zone hydrophile.
• Internalisation de l’entérotoxine dans la cellule
intestinale et déclenchement des troubles.
• Action cytotoxique (activité lécithinasique) : création de
pores dans la membrane de la cellule intestinale, d'où
fuite d’eau, de NaCl et donc diarrhées.
64
Aliments en cause :
• Aliments ayant subi une contamination
fécale.
• Beaucoup d’aliments responsables,
essentiellement :
– viandes de mammifères ou de volailles cuites en
grande quantité en sauce ou bouillies et
consommées froides le lendemain après une
mauvaise conservation.
Au cours de la cuisson de ces grandes quantités, le
– réchauffement
plats cuisinésdes
à base
de viande.
parties internes est lent. Comme il
chasse O2, les quelques spores présentes sont
activées par le choc thermique et donnent des cellules
végétatives qui vont se multiplier pendant le
refroidissement lent.
65
d/ Infections alimentaires virales
Exemples de virus
- Virus de l’hépatite A
- Enterovirus,
- Rotavirus (virus le plus fréquemment
en cause dans les diarrhées sévères des
nourrissons et des jeunes enfants)
- ………
66
a/ Infections alimentaires virales
Aliments en cause :
- eaux souillées
- coquillages
- légumes, fruits lavés avec une eau
souillée
67
68
69
70
71
Quelques rappels du cycle de multiplication
des virus animaux
- Phase de pénétration
- Phase d’éclipse
- Phase de maturation
- Phase de libération
72
Pénétration des virus animaux par un mécanisme
d’endocytose des virus animaux (1 à 6)
Invagination de
la membrane de
la cellule animale
Formation
d’une vacuole
d’endocytose
avec la
particule virale
à l’intérieur
Fusion de l’enveloppe du virus avec la membrane de la
vésicule : libération de la nucléocapside dans le
cytoplasme de la cellule infectée
Autre mécanisme de pénétration par fusion
Fusion de la double couche phospholipidique de
l’enveloppe du virus avec la double couche
phospholipidique de la membrane plasmique de la cellule
Libération de la nucléocapside dans
le cytoplasme de la cellule infectée
Pénétration suivie d’une décapsidation
permettant la libération de l’acide nucléique
dans le cytoplasme de la cellule animale
(action d’enzymes de la cellules hôte pour
dégrader les protéines de la capside)
- dès la pénétration si virus à multiplication
cytoplasmique
- ou plus tardivement si virus à multiplication
nucléaire
Chez les virus à ADN : phase précoce de la phase d’éclipse
ARN polymérase cellulaire
Ribonucléotides cellulaires
Gènes
précoces
ARN messagers
précoces
Ribosomes, AA, facteurs
d’élongation cellulaires
Protéines précoces
enzymatiques : ADN
polymérases,
inhibiteurs des
synthèses cellulaires
Phase tardive de la phase d’éclipse chez les virus à ADN
DNA polymérase virale
nucléotides cellulaires
1 ADN viral
n ADN viraux
3-1- Cas des virus à ADN
3-1-2- Phase tardive
ARN polymérase
Ribonucléotides cellulaires
Gènes
tardifs
ARN messagers
tardifs
Ribosomes, AA, facteurs
d’élongation cellulaires
Protéines
structurales