Frontières en Microbiologie

admin 0 Comments Articles

Frontières en Microbiologie

Des milliards de personnes dans le monde sont exposées à des risques d’aliments dangereux. Plusieurs millions tombent malades tandis que des centaines de milliers meurent chaque année à cause de la consommation d’aliments contaminés (Fung et al., 2018). Les épidémies et la prévalence des maladies d’origine alimentaire constituent non seulement un fardeau majeur pour les systèmes de santé mondiaux, mais entraînent également un énorme impact négatif sur la croissance économique et la stabilité sociale. Parallèlement au développement rapide du commerce électronique basé sur le web et prêt à l’emploi, les échanges nationaux et internationaux de denrées alimentaires au rythme effréné dans le monde entier présentent de nouveaux défis pour les systèmes de sécurité alimentaire, en particulier dans les nations en développement. Les bactéries pathogènes contaminent les aliments à tous les stades de la chaîne alimentaire, de la ferme à la table. Les bactéries pathogènes les plus connues associées aux maladies d’origine alimentaire dans le monde sont Salmonella enterica, Campylobacter jejuni, Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Cronobacter sakazakii, Vibrio cholerae et Vibrio parahaemolyticus. Ce sujet de recherche fait état de découvertes récentes sur la résurgence, la pathogenèse et les stratégies de contrôle de ces agents pathogènes d’origine alimentaire.

La surveillance continue des contaminants alimentaires et l’identification des facteurs de risque sont cruciales pour garantir la sécurité alimentaire. De nombreux articles de recherche originaux inclus dans ce sujet de recherche ont abordé des questions liées à la diversité génétique, la prévalence, la résistance et les nouveaux vecteurs de transmission des bactéries pathogènes. Par exemple, C. jejuni, l’une des principales causes de gastro-entérite chez les humains, peut résider dans des réservoirs d’animaux destinés à l’alimentation tels que les poulets, les porcs et les bovins. La diversité génétique et la fréquence de la résistance aux antimicrobiens de C. jejuni récupérée chez 214 bovins de trois troupeaux du Michigan aux États-Unis ont été examinées et déterminées dans une étude transversale (Cha et al.). Cronobacter spp. peut provoquer une entérocolite nécrosante, une bactériémie et une méningite chez les nouveau-nés et les nourrissons, avec un taux de mortalité de 40 à 80 % (Holy et Forsythe, 2014). Les préparations en poudre pour nourrissons (PIF) sont la source la plus importante de Cronobacter spp. à l’origine de ces infections. La résistance aux antimicrobiens et à la dessiccation de 70 isolats de Cronobacter sakazakii et Cronobacter malonaticus provenant de préparations pour nourrissons en poudre et d’environnements de transformation en Chine a été déterminée (Fei et al.). Les Salmonella non typhoïdiennes (SNT) peuvent infecter un large éventail d’hôtes, notamment les humains, la volaille, le bétail et d’autres animaux domestiques et sauvages dans le monde entier. On estime que 93,8 millions de personnes sont atteintes de salmonellose chaque année, avec près de 155 000 décès (Majowicz et al., 2010). Le profil de virulence potentiel, la parenté génétique et l’adaptation à l’hôte des isolats de NTS aviaires et mammaliens basés sur les antigènes bactériens FimA (adhésine) et IroN (récepteur) ont été étudiés dans un grand nombre d’isolats de NTS de différentes origines d’hôtes (Alshalchi et al.). Les auteurs ont révélé l’influence possible de mutations ponctuelles non synonymes au sein de l’adhésine FimA des isolats NTS dans l’adaptation de l’hôte (Alshalchi et al.). La bactérie Escherichia coli entéro-agrégative (EAEC) est une cause fréquente de maladies d’origine alimentaire. Les souches EAEC expriment un ensemble hétérogène de facteurs de virulence putatifs ; par conséquent, la reconnaissance de facteurs pathogènes spécifiques reste un défi. Jønsson et al. ont contrôlé une collection de 162 souches cliniques danoises d’EAEC et ont identifié un nouveau plasmide de virulence pAA codant pour des toxines et deux variantes distinctes des fimbriae des EAEC. Enterococcus faecalis est fréquemment détecté dans les eaux minérales et les eaux de source et peut causer des infections des voies urinaires chez l’homme, des endocardites et des septicémies néonatales. La prévalence, les gènes de virulence potentiels, la résistance aux antimicrobiens et la diversité génétique des isolats d’E. faecalis provenant de 314 échantillons d’eau minérale et d’eau de source étudiés en Chine ont également été étudiés (Wei et al.). Collectivement, ces études ont mis en évidence une forte prévalence de bactéries pathogènes résistantes aux antimicrobiens ou à la dessiccation associées à divers génotypes.

Des décennies de recherche ont permis d’identifier un certain nombre de déterminants de la virulence produits et sécrétés par les bactéries pathogènes (Martinović et al., 2016). Pour établir des infections chez l’homme, les agents pathogènes doivent sentir et répondre aux environnements hôtes nouvellement rencontrés pour réguler l’expression des facteurs de virulence critiques qui permettent l’adaptation à la niche et la colonisation réussie (Bäumler et Sperandio, 2016 ; Lustri et al., 2017). Dans ce sujet de recherche, Anderson et Kendall ont examiné en détail les mécanismes moléculaires récemment décrits qui sous-tendent l’éviction du microbiote résident du tractus gastro-intestinal par des sérovars non typhoïdiens de S. enterica. La bactérie, telle que le sérovar Typhimurium (S. Tm), élimine directement les concurrents proches par contact bactérien de cellule à cellule ainsi qu’en stimulant une réponse immunitaire de l’hôte pour éliminer des membres spécifiques du microbiote. En outre, S. Tm régule étroitement l’expression de facteurs de virulence clés qui lui permettent de résister aux défenses immunitaires de l’hôte au sein des macrophages. Dans ce contexte, les auteurs ont également mis en évidence les signaux chimiques et physiques que S. Tm perçoit comme des indices pour s’adapter à chacun de ces environnements hôtes (Anderson et Kendall).

Certains autres articles originaux inclus dans ce sujet de recherche ont également rapporté de nouvelles découvertes dans la pathogenèse bactérienne. Par exemple, les fonctions détaillées d’un gène lié à la biosynthèse de la cellulose (bcsR) de C. sakazakii ont été étudiées à l’aide d’une technique de knock-out génique, et les résultats ont démontré que le bcsR est un régulateur négatif de la biosynthèse de la cellulose mais qu’il régule positivement la formation de biofilms et la capacité d’adhésion/invasion de C. sakazakii (Gao et al.). RpoS est un facteur sigma clé inductible par le stress qui régule les gènes de résistance au stress chez E. coli. Une nouvelle mutation ponctuelle faux-sens au niveau du résidu 128 de RpoS dans un isolat clinique d’E. coli producteur de toxine Shiga (STEC) a été identifiée. L’hydrophobie de l’acide aminé au niveau du résidu 128 est critique pour l’activité de RpoS et est par conséquent importante pour la survie bactérienne à température froide et aux stress oxydatifs (Iwase et al.). Les souches STEC se distinguent également par leur résistance aux acides. Lorsqu’elles ont été cultivées dans un milieu minimal à pH 3,3, la souche B201 de STEC présentant une floculation était plus sensible aux acides, tandis que la souche B241 de STEC était planctonique et résistante aux acides. Les données transcriptomiques et d’expression génétique ciblée ont montré que l’expression de curli et des gènes chaperons induits par l’acide csg et hde était en corrélation positive avec les différences phénotypiques (Kay et al.). Bacillus cereus est de plus en plus souvent considéré comme un agent causal de maladies gastro-intestinales humaines. Jeßberger et al. ont étudié la production, la sécrétion et la cytotoxicité d’entérotoxines dans un ensemble de 19 souches de B. cereus entéropathogènes et non pathogènes d’origines diverses en utilisant un milieu de culture cellulaire pré-incubé avec la lignée cellulaire épithéliale du colon humain CaCo-2. Les auteurs ont suggéré que les méthodes actuellement utilisées dans le diagnostic de B. cereus, basées sur un milieu de culture standard, devraient être complétées par des procédures de culture simulant les conditions de l’hôte intestinal (Jeßberger et al.).

Des innovations biologiques et non biologiques dans les technologies ont vu le jour pour un meilleur contrôle des agents pathogènes d’origine alimentaire. Les progrès contemporains des technologies de séquençage de l’ADN ont non seulement permis une caractérisation plus fine des génomes bactériens, mais aussi une identification taxonomique plus profonde des microbiomes complexes habitant un environnement, comme une éconiche corporelle particulière (par exemple, le contenu intestinal humain) et une éconiche d’une installation de fabrication d’aliments (par exemple, le drain de sol) (revue par Cao et al.). Ces dernières années, la découverte de petits ARN non codants (ARNs) a révélé un nouveau monde de réseaux de régulation post-transcriptionnelle, qui coopèrent avec les ribonucléases (RNases) dans le contrôle de l’expression génétique. Avec le développement de nouvelles technologies, de nombreuses molécules d’ARNs ont été identifiées et se sont révélées être des acteurs importants de la virulence bactérienne. Le métabolisme des ARN a récemment été exploité pour le développement de nouvelles applications thérapeutiques (revue par Matos et al.). Au cours de la transformation et de la conservation des aliments, de nombreux agents pathogènes d’origine alimentaire peuvent être amenés à entrer dans un état viable mais non cultivable (VBNC) en limitant les conditions environnementales telles que les températures extrêmes, le séchage, l’irradiation, les champs électriques pulsés et les pressions élevées, ainsi que l’ajout de conservateurs et de désinfectants. Après être entrés dans l’état VBNC, les agents pathogènes d’origine alimentaire ne peuvent plus être détectés à l’aide des techniques conventionnelles de comptage sur plaque et posent de gros problèmes de sécurité alimentaire. Diverses caractéristiques de l’état VBNC a été largement examiné par Zhao et al, y compris les caractéristiques biologiques, les facteurs d’induction et de réanimation, les mécanismes de formation et de réanimation, les méthodes de détection et la relation avec la sécurité alimentaire.

De nouveaux composés et stratégies de traitement ont été explorés pour le contrôle des agents pathogènes bactériens. Par exemple, Shi et al. ont analysé les effets de la thymoquinone, un ingrédient actif principal dans l’huile volatile des graines de Nigella sativa, sur la suppression des traits liés à la virulence de C. sakazakii ATCC 29544. Des tests in vitro ont montré que des concentrations sub-inhibitrices de thymoquinone diminuaient significativement la motilité, le quorum sensing et la production d’endotoxine de la bactérie. De plus, la thymoquinone a considérablement réduit l’adhésion et l’invasion de C. sakazakii ATCC 29544 aux cellules de la lignée cellulaire colique humaine HT-29 et a diminué le nombre de cellules bactériennes intracellulaires dans les cellules macrophages RAW264.7. V. cholerae peut causer le choléra, une maladie diarrhéique grave qui peut être rapidement mortelle si elle n’est pas traitée et qui est généralement transmise par de l’eau contaminée et par contact de personne à personne (Baker-Austin et al., 2018). Des épidémies de choléra sont signalées chaque année dans les nations en développement (Organisation mondiale de la santé, http://www.who.int/). Les effets des minéraux alimentaires zinc, sélénium et manganèse sur les attributs de virulence de V. cholerae ont été étudiés (Bhattaram et al.), et des tests in vitro ont indiqué que les trois minéraux réduisaient significativement la motilité de V. cholerae, son adhésion aux cellules épithéliales intestinales (Caco-2) et la production de toxines cholériques (ctxAB, fliA et toxR) in vitro, et diminuaient l’adhésion et la production de toxines dans l’intestin de souris ex vivo. Cependant, des études in vivo dans un modèle animal sont nécessaires pour valider ces résultats.

Les agents pathogènes bactériens persistent dans les installations de transformation des aliments via une croissance prédominante sous forme de biofilms plutôt qu’en mode planctonique (Bae et al., 2012). Les biofilms sont des communautés microbiennes complexes noyées dans les substances polymères extracellulaires (EPS) protectrices. L’efficacité de l’eau électrolysée acide (AEW) pour éliminer les biofilms a été évaluée pour des bactéries pathogènes d’origine alimentaire, notamment E. coli, V. parahaemolyticus et L. monocytogenes. Les infections à V. parahaemolyticus (c’est-à-dire la vibriose) sont normalement acquises par l’exposition à l’eau de mer ou par la consommation de fruits de mer contaminés crus ou insuffisamment cuits (Baker-Austin et al., 2018), tandis que les infections à L. monocytogenes (un agent pathogène qui peut se développer à des températures de réfrigération) (c’est-à-dire la listériose) sont fréquemment associées aux produits laitiers non pasteurisés et à divers aliments prêts à consommer (Fung et al., 2018). Des expériences in vitro ont montré que l’AEW déclenchait la perturbation des EPS par la déformation de la liaison C-O-C des glucides et des cycles aromatiques des acides aminés tyrosine et phénylalanine. Les auteurs ont suggéré que l’AEW pourrait être une alternative écologique aux désinfectants traditionnellement utilisés dans l’industrie alimentaire. En outre, la survie différentielle du C. jejuni hyper-aérotolérant dans différentes conditions gazeuses a également été étudiée, et les données résultantes ont suggéré que l’emballage sous atmosphère modifiée utilisant le CO2 pourrait aider à contrôler la contamination de la volaille par le C. jejuni hyper-aérotolérant (Oh et al.).

En résumé, ce sujet de recherche Frontiers comprend 21 articles, et 146 auteurs d’Autriche, du Canada, de Chine, du Danemark, d’Allemagne, d’Irlande, du Japon, du Portugal, de Corée du Sud, du Royaume-Uni et des États-Unis. Il fournit une vue d’ensemble des découvertes récentes sur la résurgence, la pathogenèse et les stratégies de contrôle des bactéries pathogènes d’origine alimentaire graves pour l’homme, et soutient le besoin urgent d’améliorer la sécurité alimentaire et la santé publique, en particulier dans un contexte de mondialisation. Les informations présentées dans les articles soulignent non seulement les domaines de recherche futurs et les besoins des scientifiques, mais elles profitent également aux gouvernements, aux producteurs d’aliments, aux fournisseurs d’aliments et aux consommateurs d’aliments pour travailler ensemble à l’élimination et au contrôle de la persistance des agents pathogènes dans les aliments et des infections résistantes chez les humains.

Contributions des auteurs

LC a rédigé l’éditorial. WA a contribué à la révision de l’éditorial. Tous les auteurs ont approuvé l’article final pour publication.

Déclaration de conflit d’intérêts

Les auteurs déclarent que la recherche a été menée en l’absence de toute relation commerciale ou financière qui pourrait être interprétée comme un conflit d’intérêts potentiel.

Remerciements

LC et WA remercient tous les auteurs qui ont contribué à ce sujet de recherche. LC est soutenu par des subventions de la Commission municipale des sciences et de la technologie de Shanghai (n° 17050502200) et de la Fondation nationale des sciences de la nature de Chine (n° 31671946).