Biofilms – Une source constante de microorganismes et une source potentielle d’agents pathogènes

Qu’est-ce qu’un biofilm ?

Un biofilm est une communauté complexe de microorganismes adhérant à une surface et englobée dans une matrice de substances polymériques extracellulaires (SPE). Ces dernières jouent un rôle clé dans la formation, la stabilité et la protection du biofilm. En fonction des conditions environnementales, les biofilms peuvent être composés de Listeria monocytogenes, Bacillus cereus et mycoïdes, Salmonella  spp., Campylobacter, Pseudomonas aeruginosa, Leuconostoc ou Cronobacter (Enterobacter sakazakii), qui en fabriquent la matrice (polymères organiques, polysaccharides, protéines, ADN, lipides, etc.), et d’autres microorganismes (pathogènes), de phages, d’enzymes de dégradation, de spores, de moisissures et de levures, qui vivent dans la matrice. Incluses dans un biofilm, les bactéries sont beaucoup plus résistantes aux substances biocides qu’en milieu liquide. Cette structure complexe assure leur survie même dans des conditions extrêmes.

Les 3 phases d’un biofilm

1. Adhésion/fixation Lors de cette première phase, des microorganismes isolés entrent en contact avec une surface et commencent à y adhérer. Cette fixation, initialement faible et réversible, peut être facilitée par leur flagelle, leurs pili ou d’autres appendices. À mesure que le nombre de microorganismes fixés à la surface croît, ils amorcent la production de substances polymériques extracellulaires (SPE), qui forment une matrice protectrice destinée à les abriter.

2. Accumulation/maturation Tandis que le biofilm continue de se développer, les microorganismes de la communauté qu’il héberge croissent et se multiplient. La matrice de SPE gagne en taille et en complexité, assurant la stabilité structurelle du biofilm. Les microorganismes commencent à libérer des molécules de signalisation afin de coordonner leur comportement, via un mécanisme dit de « détection du quorum ». Cette communication contribue à réguler l’expression des gènes et mène à la formation de micro-environnements spécialisés au sein du biofilm. Celui-ci devient très résistant aux antimicrobiens et à la réponse immunitaire que l’hôte met en place à ce stade.

3. Dispersion La dispersion, durant laquelle des microorganismes se dissocient du biofilm, peut globalement être qualifiée d’active ou de passive. La dispersion passive survient lorsque des fragments du biofilm se rompent naturellement sous l’effet de contraintes physiques ou des conditions environnementales. Lors de dispersion active, certains microorganismes subissent des changements et entreprennent de se détacher du biofilm. Elle implique la production d’enzymes et de surfactants favorisant la libération de microorganismes individuels ou de groupes de cellules. Une fois dispersés, les microorganismes peuvent coloniser de nouvelles surfaces et générer de nouveaux biofilms.

La capacité de dispersion représente une importante stratégie de survie pour les microorganismes des biofilms. Elle leur permet de coloniser de nouveaux environnements ou de fuir des conditions hostiles. C’est en raison de cette libération imprévisible de microorganismes que les biofilms sont une source constante de contamination.

Biofilms dans les industries agroalimentaires

Les biofilms causent d’énormes pertes économiques. Ils sont à l’origine de 47 % des rappels d’aliments et à la destruction de 1,3 milliard de tonnes de nourriture pour cause de contamination ; leur coût financier direct moyen (nouvelles livraisons et pertes de ventes) s’élève à 30 millions d’euros. Des 30 rappels hebdomadaires enregistrés aux États-Unis, 27 % sont dus à des allergènes non déclarés, 27 % à Salmonella, 10 % à Listeria, 10 % à des substances non déclarées et 26 % à d’autres raisons[1, 2, 3]. Par leur impact direct sur la sécurité et le caractère approprié des aliments, les biofilms constituent donc un problème majeur pour les industries agroalimentaires. Les biofilms peuvent également nuire aux installations de production. En augmentant la rugosité des surfaces, ils entravent l’écoulement des liquides dans les canalisations et les systèmes de CIP. Ils réduisent par ailleurs les performances des échangeurs thermiques et causent le développement de gaz et odeurs. Les biofilms corrodent enfin les surfaces métalliques, ce qui peut provoquer la libération de microparticules et d’éléments d’alliage.

Biofilms dans les systèmes de distribution d’eau

Les biofilms se développent facilement dans les systèmes de distribution d’eau des usines. Les nombreuses ramifications de ces systèmes en compliquent en effet le nettoyage, aidant les biofilms à se fixer sur leurs surfaces humides. Dans ces circonstances, des bactéries compromettent la qualité de l’eau et peuvent entraîner une corrosion. Pour prévenir la multiplication de ces bactéries, l’eau de boisson est traitée et sa qualité doit être surveillée. Kersia dispose de produits pour éliminer les biofilms existants par hydrolyse enzymatique spécifique de la matrice protectrice, dégradation des matières organiques et dissolution des matières minérales et des polysaccharides.

Biofilms dans les exploitations agricoles

Capables de se développer sur un large éventail de surfaces offrant eau, nutriments et microorganismes, les biofilms peuvent être retrouvés en divers endroits des exploitations. Ils tendent en particulier à se former dans les sites suivants :

  • Systèmes de distribution d’eau : des biofilms se forment souvent dans les conduites d’irrigation, les tuyaux d’arrosage et les citernes, lorsque l’eau stagne ou s’écoule trop lentement.
  • Bâtiments destinés au bétail : des biofilms peuvent se développer sur les surfaces des mangeoires et abreuvoirs et sur les murs de ces bâtiments, où les bactéries trouvent la matière organique riche en nutriments nécessaire à leur croissance.
  • Systèmes de gestion du lisier : des biofilms peuvent se former dans les lieux de stockage du lisier, comme les fosses, et dans les rigoles, où s’accumule la matière organique provenant des déjections animales.
  • Silos et trémies : les surfaces des structures agricoles de stockage en contact avec les céréales, aliments pour animaux et autres matières organiques peuvent elles aussi abriter des biofilms.

Il est essentiel de prévenir la formation de biofilms pour préserver la santé et la productivité de l’environnement agricole, et pour éviter l’introduction d’agents pathogènes (issus des aliments) dans la chaîne alimentaire.

Élimine efficacement les biofilms et en contrôle la formation

Élimination des biofilms existants

La destruction des biofilms exige habituellement une approche multifacette, les SPE pouvant constituer une barrière protectrice contre les produits chimiques. Plusieurs stratégies et produits chimiques peuvent être employés pour fragiliser les biofilms et dégrader les SPE.

1. Première étape : dégradation enzymatique Certaines enzymes se sont avérées capables de dégrader les SPE des biofilms. Elles détruisent l’ADN extracellulaire et les polysaccharides, déstabilisant la structure des biofilms.

2. Deuxième étape : application d’un désinfectant contenant un oxydant (comme l’acide peracétique) pour éliminer tous les contaminants.

Biofilm avant traitement

1 • Dégradation enzymatique

2 • Application d’un désinfectant Kersia contenant un agent oxydant

Détection des biofilms

Les biofilms étant constitués d’une très grande variété de microorganismes, il peut être difficile de les détecter, voire de le localiser. Kersia propose des audits pour la détection des biofilms sur les surfaces ou dans les systèmes clos. Pour les systèmes clos, où la détection est plus complexe, Kersia applique des produits enzymatiques éliminant les biofilms et prélève des échantillons après les différentes étapes à des fins d’analyse microbiologique. La méthode d’analyse est choisie en fonction des besoins des clients. De la numération totale à l’identification des microorganismes, rien n’est impossible à Kersia.   [1] Régulés par la FDA, comme indiqué par Swiss Re [2] Organisation des Nations Unies pour l’alimentation et l’agriculture [3] Rapport de la Grocery Manufacturers Association des États-Unis, enquête auprès de 36 entreprises internationales, 2011