Techniques moléculaires de détection de bactéries d’origine alimentaire

Les intoxications alimentaires sont la première cause d’hospitalisation dans le monde. L’Autorité européenne de sécurité des aliments (EFSA) et le Centre européen de prévention et de contrôle des maladies ont signalé environ 360 000 hospitalisations dues à des infections alimentaires confirmées et près de 500 cas mortels dans l’Union européenne en 2016. Les toxi-infections alimentaires collectives (TIAC) sont à déclaration obligatoire. Elles correspondent à au moins deux cas présentant les mêmes symptômes et ayant une même origine alimentaire. En moyenne, 1 380 foyers de TIAC sont déclarés en France chaque année, affectant plus de 12 000 personnes, dont 5 % sont hospitalisées. Lorsqu’une TIAC est déclarée auprès de l’Agence régionale de santé et de la direction départementale de la protection des populations, les aliments suspectés sont analysés afin de déterminer les agents pathogènes responsables. Cependant, l’incidence réelle des infections d’origine alimentaire est fortement sous-estimée pour de nombreuses raisons, parmi lesquelles on peut nommer un diagnostic erroné, l’absence de recherche systématique de nombreux agents bactériens, une sous-déclaration (en particulier des épidémies mineures) ainsi qu’une collecte incorrecte des échantillons.

Le contrôle bactérien des aliments est une question cruciale de sécurité alimentaire. L’importance de cette pratique est illustrée sur le marché européen par les kits de détection des agents pathogènes qui représentent 4 milliards d’euros en 2018. Il est prévu qu’ils atteignent 6,5 milliards d’euros en 2025. Les épidémies causées par des bactéries partagent une symptomatologie commune (diarrhée, fièvre, vomissements), ce qui rend difficile l’identification de l’agent causal. Parmi les infections bactériennes, la salmonellose, la campylobactériose et les infections aux Escherichia coli productrices de shiga toxines sont responsables de la grande majorité des maladies, des hospitalisations et des décès. Bien que la listériose ne soit pas fréquente, Listeria monocytogenes ayant une prévalence moins élevée que Campylobacter ou Salmonella, c’est une des maladies d’origine alimentaire les plus mortelles, avec une issue fatale dans environs 37 % des cas.

Les méthodes de détection et de dénombrement bactériens à partir des matrices alimentaires sont traditionnellement basées sur la culture bactérienne sur des boites d’agar. Ces méthodes sont sensibles et sélectives mais peu adaptées aux besoins de l’industrie alimentaire et aux agences de contrôle à cause du long temps d’analyse et de leurs coûts élevés. Deux à trois jours sont nécessaires pour obtenir les premiers résultats, et la confirmation de l’agent pathogène spécifique peut prendre plus d’une semaine. Le temps est un paramètre crucial dans la détection des pathogènes d’origine alimentaire. D’autres méthodes telles que la technique immuno-enzymatique ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay), les tests immunologiques à flux latéral et les tests d’agglutination, sont plus rapides car elles prennent 1 à 2 jours pour produire le résultat. Or, elles ne sont pas suffisamment sélectives car elles sont basées sur l’utilisation d’anticorps qui peuvent produire une réaction croisée et des résultats faux-positifs. En conséquence, les méthodes d’analyses moléculaires basées sur la détection des acides nucléiques (ADN ou ARN) s’imposent comme méthodes de choix. Elles permettent de détecter les agents pathogènes de manière spécifique, rapide et robuste et ainsi de répondre aux enjeux sanitaires et économiques.

L’émergence de la technique de réaction de polymérisation en chaîne PCR (Polymerase Chain Reaction) a changé la façon de procéder aux analyses microbiologiques en détectant l’ADN microbien spécifique en tant que cible. Le développement intense de cette technique a permis l’apparition de méthodes plus avancées telles que la PCR en temps réel et la PCR digitale. De plus, au cours de la dernière décennie, le domaine des biocapteurs portables à ADN a connu une croissance exponentielle pour le contrôle de la qualité des aliments. Plus particulièrement, la branche émergente des méthodes d’analyse qui combinent les biocapteurs, la microfluidique et les nanotechnologies propose une détection des ADN bactériens par des kits de type « point-of-care ». Ces kits possèdent les performances analytiques d’un test de laboratoire.

Cet article vise à fournir un aperçu complet des méthodes analytiques permettant de détecter les ADN bactériens telles que la PCR en temps réel, la PCR digitale en gouttes, les kits portables ainsi que la métagénomique.