Comme tous les êtres vivants, les bactéries interagissent avec d’autres espèces bactériennes ou de champignons, mais aussi avec de nombreux organismes végétaux et animaux (SELOSSE Marc-André 2019). Ces interactions peuvent être bénéfiques (mutualisme), néfastes (exclusion) ou neutres. Ces interactions dépendent de nombreuses conditions, mais la disponibilité des nutriments est considérée comme un facteur majeur qui peut déterminer le type d’interaction entre une espèce bactérienne et une autre, ou plusieurs autres espèces (Ghoul and Mitri 2016). La production de substances telles que les bactériocines et les antibiotiques par des bactéries est également un facteur qui intervient dans la formation d’une communauté bactérienne spécifique selon l’effet de ces substances sur les espèces présentes dans l’environnement de la bactérie en question (Riley 2011).
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II.6.3.1 Les différents types d’interaction entre bactéries
a) Mutualisme
Depuis longtemps et en se basant sur les théories darwiniennes, il était accepté que des espèces peuvent coexister au sein d’un environnement donné. Si ces dernières recourent à des ressources différentes, il n’y a alors aucun effet de compétition entre celles-ci. Ainsi, l’idée que deux espèces très proches phylogénétiquement puissent coexister n’était pas acceptée (Gause 1932, Darwin 2004). Cependant, l’observation d’une cooccurrence entre espèces apporte une autre vision de l’interaction entre les espèces. La question du rôle de la cooccurrence dans la formation et construction d’une communauté a été posée (den Boer 1986). Plusieurs exemples de coopération entre espèces bactériennes ont depuis émergé (Lotem, Fishman et al. 1999, Kosaka, Uchiyama et al. 2006, Fuhrman 2009, Marx 2009, Hibbing, Fuqua et al. 2010). Par exemple l’espèce Pelotomaculum thermopropionicum interagit avec Methanothermobacter
thermotautrophicus pour produire le méthane grâce à la stimulation de cette dernière par des
protéines telle que FlipD de P. thermopropionicum, de même qu’une bactérie non mobile epibionte entoure “Chlorochromatium aggregatum, ou encore Pseudomonas putida va croître au-dessus des colonies d’Acinetobacter sp pour recevoir des métabolites tel qu’illustré dans la figure 14 (Marx 2009). Cependant, il est admis que plus des espèces se ressemblent phylogénétiquement plus le phénomène de compétition va se développer du fait de la similarité et la finitude des ressources en nutriments (Zelezniak, Andrejev et al. 2015).
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Figure 14 : Représentation des exemples de symbiose entre deux espèces bactériennes, le flagelle de P. thermopropionicum adhère à M. thermautotrophicus (A) pour faciliter les échanges de gaz H2 entre les deux microorganismes. De plus, la proteine FlipD se situant à la surface du flagelle de P. thermopropionicum stimule le processus de méthanogénèse par la bactérie M. thermautotrophicus (B). La bactérie motile C. aggregatum est entouré d’un épibionte non mobile (C). Une interaction entre Pseudomonas putida (en vert) qui croit au-dessus de la bactérie Acinetobacter sp souche C6 (en rouge) à partir de laquelle elle reçoit des métabolites (D). Figure et légende reprises et adaptées de Marx et al (Marx 2009).
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La compétition est un type d’interaction qui mène à une exclusion, elle va prendre naissance dans un environnement où les nutriments sont limitants et en présence de populations bactériennes ayant les mêmes exigences nutritionnelles (Hibbing, Fuqua et al. 2010). Ghoul and Mitri (2016) a décrit des conditions où la compétition peut survenir (figure 15). Plusieurs facteurs environnementaux vont déterminer si ces conditions seront réunies pour conduire à une apparition d’une forte ou faible sélection par la compétition (Ghoul and Mitri 2016). Ainsi, un environnement avec des ressources nutritionnelles et des niches diversifiées et multiples peuvent réduire la pression de sélection par une compétition (Kinkel, Schlatter et al. 2013). Tel que décrit plus haut, plus des espèces sont proches phylogénétiquement plus elles vont tendre vers les mêmes ressources nutritionnelles ce qui va conduire à une forte sélection pour la compétition Inversement, les espèces avec des phylogénies éloignées tendent vers des ressources nutritionnelles différentes et donc à coexister avec des interactions positives ou neutres (Hardin 1960, Mitri and Richard Foster 2013).
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Figure 15 : Modélisation des conditions conduisant à l’acquisition ou l’expression d’une compétition entre des espèces bactériennes. Image reprise de Ghoul et al 2016 (Ghoul and Mitri 2016).
Les bactéries expriment le phénomène de compétition de deux façons principales : indirectement, en consommant les ressources nutritionnelles limitantes ou directement impliquant l’élimination de l’organisme (Ghoul and Mitri 2016).
Dans le premier cas (compétition indirecte), l’espèce compétitrice va consommer les nutriments qui sont limitants dans l’environnement au détriment d’autres espèces grâce à l’augmentation de la prise de nutriments ou à la sécrétion de produits qui permettent le stockage de ces nutriments (Ghoul and Mitri 2016). C’est le cas de la levure Saccharomyces cerevisiae et Escherichia coli qui vont s’orienter vers un métabolisme respiratoire (en présence d’oxygène) générant un taux de croissance élevé, mais un faible rendement, ce qui va leur permettre d’absorber les nutriments plus rapidement que leur compétiteur (Pfeiffer, Schuster et al. 2001, Vulić and Kolter 2001, MacLean and Gudelj 2006). Dans le second type de compétition (directe), les bactéries compétitrices peuvent sécréter des substances qui leur permettent soit de digérer les nutriments ou d’exploiter des produits sécrétés par d’autres bactéries tels les sidérophores (Kümmerli, Griffin et al. 2009, Cordero, Ventouras et al. 2012, Morris, Lenski et al. 2012, Ghoul, West et al. 2014, Morris 2015) ou encore la sécrétion de molécules de quorum sensing qui vont coordonner l’expression des exo-facteurs (Diggle, Griffin et al. 2007, Schuster, Joseph Sexton et al. 2013). Le tableau 4 montre des exemples de facteurs impliqués dans la compétition des bactéries.
Tableau 4 : Exemples de phénotype exprimés par les bactéries lors des phénomènes de compétition. Tableau adapté de Ghoul and Mitri (2016).
Phénotype lié à la compétition Exemple de molécule sécrétée L’effet de la compétition Références Sécrétion d’enzymes digestives Protéases Améliore l’accès aux nutriments A
82 Sécrétion de siderophores Pyoverdin Améliore l’accès aux nutriments B Altération de régulation du métabolisme - Améliore l’accès aux nutriments C Réduction de l’expression de gènes nécessitant une grande énergie Réduction ou non-sécrétion de molécules dont toute la communauté peut bénéficier, ex enzymes digestives et sidérophores Exploitation de l’énergie dépensée par les autres bactéries D Sécrétion de molécules structurales et de motilité Surfactants, rhamnolipides, EPS, protéines, ADN, molécules d’adhésion et anti-adhésion Améliore l’accès à l’espace E Production d’Antibiotiques Bactériocines, toxines, peptides Élimination des bactéries compétitrices F Système de sécrétion de type VI (T6SS) Structures libérant des protéines effectrices qui sont létales. Élimination des bactéries compétitrices G Production de molécules non- biocides Surfactant, molécules d’anti- adhésion, Perturbation d’autres phénotypes H
83 nucléases, protéases liés à la compétition Inhibition du quorum sensing Inhibiteurs du quorum sensing Perturbation d’autres phénotypes liés à la compétition I
A : (Diggle, Griffin et al. 2007, Rendueles and Ghigo 2012), B : (Griffin, West et al.
2004, Scholz and Greenberg 2015), C : (Pfeiffer, Schuster et al. 2001, Vulić and Kolter 2001, MacLean and Gudelj 2006, Kotte, Volkmer et al. 2014, Ackermann 2015), D : (Griffin, West et al. 2004, Gore, Youk et al. 2009, Cordero, Ventouras et al. 2012, Diard, Garcia et al. 2013), E : (Whitchurch, Tolker-Nielsen et al. 2002, An, Danhorn et al. 2006, Nadell and Bassler 2011, Romero, Traxler et al. 2011, Kim, Racimo et al. 2014, Schluter, Nadell et al. 2015), F : (Chao and Levin 1981, Riley and Gordon 1999, Kerr, Riley et al. 2002), G : (MacIntyre, Miyata et al. 2010, Basler, Ho et al. 2013, Russell, Peterson et al. 2014, Borgeaud, Metzger et al. 2015), H : (Valle, Da Re et al. 2006, Mowat, Rajendran et al. 2010, Jiang, Li et al. 2011, Rendueles, Travier et al. 2011), I : (Dong, Gusti et al. 2002, Thevenot, Delignette-Muller et al. 2005, Musthafa, Saroja et al. 2011).
II.6.3.2 Écosystème microbien des surfaces de découpe des viandes
Une grande diversité bactérienne, incluant des bactéries pathogènes et des bactéries d’altération, font partie de l’écosystème de l’environnement des industries agroalimentaires (Fagerlund, Møretrø et al. 2017). Ce groupe de bactéries est défini selon une étude comme un consortium de micro-organismes (qui peut inclure occasionnellement des pathogènes) se développant à l’intérieur d’une période de temps défini et qui dépendent de la disponibilité de l’eau et des nutriments ainsi que des cycles de nettoyage et désinfection (Holah, Bird et al. 2004). Parmi les pathogènes, L. monocytogenes apparaît particulièrement adaptée à ces conditions et y est rencontrée très régulièrement.
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Il n’y a cependant jusqu’à présent que très peu d’études décrivant la « flore » résiduelle (i.e des bactéries se retrouvant sur les surfaces des industries agroalimentaires après nettoyage et désinfection) dans les industries agroalimentaires et surtout sa possible interaction avec L.
monocytogenes. Les études réalisées jusqu’alors se sont très majoritairement basées sur des
cultures microbiologiques non sélectives (Bremer, Monk et al. 2001, Langsrud, Moen et al. 2016, Fagerlund, Møretrø et al. 2017, Heir, Møretrø et al. 2018). Seules certaines de ces études ont utilisé la technologie métagénomique 16S (séquençage de l’ADN codant pour l’ARN 16S) afin d’identifier les genres et espèces bactériennes qui constituent cette communauté de bactéries (Langsrud, Moen et al. 2016, Fagerlund, Møretrø et al. 2017, Heir, Møretrø et al. 2018).
Dans ce consortium microbien, la croissance de L. monocytogenes peut être favorisée ou au contraire inhibée. Il peut même ne pas y avoir d’interaction en fonction du type de micro- organisme présent et des conditions de l’environnement (Langsrud, Moen et al. 2016). En effet, des études ont démontré que certaines bactéries telles que Pseudomonas putida, Pseudomonas
fulorescens (Fagerlund, Møretrø et al. 2017), Flavobacterium spp (Bremer, Monk et al. 2001),
peuvent favoriser la croissance de L. monocytogenes au sein d’un biofilm, ce qui favoriserait sa persistance, alors que d’autres ont démontré une compétition entre L. monocytogenes et la microflore issue du biofilm de claies d’affinage de fromage en bois (Guillier, Stahl et al. 2008, Mariani, Oulahal et al. 2011). Il est cependant difficile d’extrapoler les résultats de ces études, car elles sont conduites dans des conditions bien éloignées de celles des industries agroalimentaires et plus particulièrement de l’industrie de viande (Langsrud, Moen et al. 2016).
II.6.3.3 Description du microbiote de la surface des viandes par séquençage de nouvelle
génération
L’analyse de la composition de la communauté bactérienne basée sur l’ARN 16S consiste à séquencer des régions variables du gène codant pour l’ARN 16S des bactéries présentes dans un échantillon donné. L’utilisation des séquences produites permet, par questionnement bio-informatique de bases de données, l’identification taxonomique et la comparaison de composition et/ou de structure de ces écosystèmes microbiens.
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L’analyse phylogénétique basée sur la variabilité du gène codant l’ARN16S date de très longtemps (Fox, Magrum et al. 1977, Gupta, Lanter et al. 1983) mais à cette époque, c’était le gène de l’ARN 16 entier d’environ 1500pb qui était séquencé. Avec l’arrivée des technologies de séquençage à haut débit, seul un nombre limité de régions variables de ce gène sont séquencées (Chakravorty, Helb et al. 2007).
Le gène de l’ARN 16s est conservé chez tous les procaryotes et code l’ARN de la sous- unité ribosomale 30S. Ce gène est composé de sept régions conservées chez toutes les espèces et de neuf régions hypervariables (Chakravorty, Helb et al. 2007). Ces régions hypervariables sont utilisées pour l’identification des communautés microbiennes dans le cas du séquençage à haut débit et comme ce dernier ne permet de séquencer que des fragments courts allant de 450 à 550 pb, un maximum de trois régions hypervariables peut être séquencé (Kim, Morrison et al. 2011). D’une étude à une autre, le choix de ces régions hypervariables est différent. Selon Kim et al (2011) la région V1-V4 donnerait une meilleure précision de l’analyse phylogénétique alors que dans une autre étude ça serait les régions V4-V6 qui sont les plus précises (Yang, Wang et al. 2016).
L’avantage du séquençage à haut débit dans l’identification de la communauté bactérienne présente à la surface des salles de découpe des viandes est qu’elle permet d’identifier de manière plus précise et plus extensive les genres bactériens présents dans un échantillon (Caporaso, Lauber et al. 2011). Cette technique permettrait donc de mieux comprendre les différentes interactions entre les bactéries au sein d’une communauté.