Technologie de lumière bleue pour lutter contre la contamination des surfaces par des agents pathogènes d’origine alimentaire

Dans un article récent publié dans Microbiologie appliquée et environnementale, les chercheurs ont évalué l’efficacité avec laquelle la lumière bleue antimicrobienne (aBL) inactivait les cellules séchées et les biofilms de Listeria monocytogènes (Lm), un agent pathogène mortel d’origine alimentaire.

Étude: Inactivation des cellules séchées et des biofilms de Listeria monocytogenes par exposition à la lumière bleue à différentes longueurs d’onde et influence des matériaux de surface. Crédit d’image : Golubovy/Shutterstock.com

Arrière-plan

Lm prospère dans l’environnement et les surfaces de l’industrie alimentaire, notamment les sols, les canalisations et certains équipements, même lorsqu’ils sont nettoyés et désinfectés régulièrement. De plus, Lm adhère aux surfaces pour former des biofilms résistants aux désinfectants courants, une autre préoccupation importante pour l’industrie alimentaire.

Auparavant, la lumière ultraviolette, en particulier les UV-C, était largement utilisée comme désinfectant dans l’industrie alimentaire. Cependant, compte tenu de ses effets néfastes sur les yeux et la peau, il existe un besoin urgent de développer de nouveaux désinfectants antimicrobiens alternatifs pour les environnements de transformation et d’emballage des aliments.

La plupart des études antérieures ont rapporté l’efficacité de l’aBL contre Lm dans les systèmes aqueux. Cependant, les données sont rares sur ses effets contre les cellules séchées par Lm et les biofilms déposés sur des surfaces inertes, principalement l’acier inoxydable (SS).

À propos de l’étude

Dans la présente enquête, l’équipe de recherche a examiné les propriétés antimicrobiennes de l’aBL (lumière bleue antimicrobienne) émise par trois types distincts de lampes à matrice de LED disponibles dans le commerce. Ces lampes émettaient de la lumière à différentes longueurs d’onde, notamment 405, 420 et 460 nm. La cible de cette évaluation était Listeria monocytogenes (Lm) existant sous forme de cellules séchées sur des surfaces inertes, comme l’acier inoxydable (SS), et colonisant ces surfaces sous forme de biofilms.

Les chercheurs ont également exploré comment l’application d’un photosensibilisateur exogène (Ps), par exemple l’acide gallique, interagissait avec les effets de l’aBL sur le Lm présent sur ces surfaces. Un autre aspect étudié était les doses d’émission spécifiques (ED) et les durées d’exposition requises pour différentes longueurs d’onde aBL pour lutter contre les biofilms Lm. Dans cette optique, les chercheurs ont exposé les surfaces à l’aBL à des intervalles de temps sélectionnés de quatre, huit et 16 heures, et ont quantifié les DE en termes de Joules (J) par centimètre carré (cm²).

Pour examiner de manière approfondie l’impact de la composition des matériaux sur la viabilité de Lm et le potentiel d’aBL dans la décontamination des surfaces, les chercheurs ont utilisé un mélange de cinq souches de L. monocytogenes. Ils ont évalué divers matériaux de surface inertes, notamment l’acier inoxydable (SS), le polyéthylène haute densité (HDPE), le polychlorure de vinyle (PVC), le polystyrène (PS) et le caoutchouc de silicone (SR).

L’équipe de recherche a introduit 100 µL du cocktail de souches mélangées sur les coupons SS et les a ensuite séchés dans une enceinte de biosécurité pendant deux heures maximum pour obtenir des cellules sèches. Ce processus s’est déroulé en deux séries : l’une comprenait l’application d’un photosensibilisateur, l’autre non. De plus, les biofilms ont été soumis à des tests de photosensibilisation.

Après chaque exposition à l’aBL, l’équipe a documenté le nombre moyen de bactéries en termes de log d’unités formant colonie (UFC) par centimètre carré (cm²). De plus, ils ont utilisé la microscopie confocale à balayage laser (CLSM) pour analyser les changements dans la structure du biofilm au cours des quatre premières heures d’exposition à l’aBL, sur les trois longueurs d’onde.

Chaque expérience a été répétée au moins deux fois en triple et une analyse statistique, telle qu’une analyse de variance unidirectionnelle (ANOVA), a été utilisée pour identifier les variations dans les populations bactériennes et la densité du biofilm. En plus de cela, une analyse hiérarchique en grappes a été réalisée pour évaluer la similarité des cellules Lm, et une analyse en composantes principales (ACP) a été utilisée pour discerner l’impact de différents facteurs sur les cellules Lm.

Résultats

Toutes les longueurs d’onde d’aBL réduisaient systématiquement la viabilité des cellules et des biofilms séchés par Lm sur SS de manière dose-dépendante, avec un effet maximal atteint à dose constante.

L’irradiation à des longueurs d’onde plus élevées de 420 et 460 nm n’a pas entraîné de réductions > 2 log des cellules Lm exposées à des DE ≤ 1 000 J/cm² dans le même temps. Au contraire, l’irradiation à 405 nm aBL a permis d’obtenir les réductions les plus élevées de la viabilité des cellules Lm séchées, y compris dans les biofilms.

Il a atteint des réductions de viabilité des cellules Lm de 3log CFU/cm² sur SS à un ED de 2 672 J/cm² dans les 16 heures. L’application de Ps a amélioré l’efficacité de l’aBL par une réduction supplémentaire de 1 log à 668 J/cm² ED contre les cellules Lm séchées, en particulier sur les surfaces difficiles d’accès.

L’exposition à 405 nm d’aBL a également provoqué le taux le plus élevé, soit 4 log UFC/cm.² réduction de la viabilité des cellules Lm avec la dose la plus faible (=668 J/cm²) sur PS, suivi de HDPE et SR, suggérant le rôle de la composition du matériau sur l’inactivation de Lm. Dans tous les matériaux, le PVC a provoqué la réduction minimale de la viabilité des cellules Lm.

Des études antérieures ont suggéré que l’aBL déclenchait la génération d’espèces réactives de l’oxygène (ROS) à partir de porphyrines et de flavines (molécules photosensibilisantes), qui endommageaient l’intégrité cellulaire des biofilms, provoquant la mort des cellules Lm.

Conformément aux résultats précédents, dans cette étude, l’exposition de Lm dans des biofilms pendant quatre heures a réduit la biomasse du biofilm, quelle que soit la longueur d’onde aBL appliquée.

Il a endommagé l’intégrité de la membrane cellulaire du biofilm, ce qui a entraîné la perte des fonctions physiologiques des cellules Lm, notamment le potentiel membranaire, la barrière de perméabilité et l’activité de la pompe à efflux.

Conclusion

Cette étude fournit des preuves considérables de la capacité de la technologie aBL à contrôler la contamination des surfaces par des agents pathogènes d’origine alimentaire, notamment Lm, avec et sans utilisation de Ps.

Sur SS, l’irradiation par aBL aux trois longueurs d’onde, 405, 420 et 460 nm, a réduit progressivement le nombre de cellules séchées Lm aux trois DE (668, 1 336, 2 672 J/cm²) et les durées d’exposition (4, 8 et 16h) testées.

L’application de Ps a entraîné des réductions supplémentaires de 1 log UFC/cm² à 668 J/cm²mais les effets observés étaient incohérents.

Les réductions observées du nombre de cellules Lm viables sur les biofilms à 420 nm et 460 nm étaient de 1,9 et 1,6 log UFC/cm.²respectivement, aux ED les plus élevés de 960 et 800J/cm².

La composition des matériaux de surface a affecté la réduction de la viabilité de Lm ; cependant, en augmentant la DE à 4 008 J/cm² à 405 nm pendant 24 h n’a amélioré que son efficacité sur le SS et le PVC. Ensemble, ces résultats suggèrent que l’aBL constitue une intervention puissante pour atténuer la contamination de surface par Lm dans les industries alimentaires.