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Note à propos du concept de micro-organisme viable mais non cultivable.

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Dossier: Conception hygiénique et nettoyabilité des équipments

 

Note à propos du concept de micro-organisme viable mais non cultivable.


Le concept de " viable mais non cultivable " est-il encore viable lui-même, ou doit-il être réévalué ? par Bernard Dixon d'après ASM News Volume 64, number 7, 1998

Il y a moins de 20 ans, Debra Bashford et ses collègues annonçaient qu'ils avaient retouvé Vibrio cholerae dans des collecteurs d'égouts dans le sud du Comté de Kent. Ce fut un choc considérable. Le Kent est connu pour être le "jardin de l'Angleterre". Célèbre par son paysage idyllique de vergers, il semblait à des années-lumière du choléra. En dépit du fait que la plupart des souches n'étaient pas toxinogènes (Lancet 1:436, 1979), le Dr. Bashford avait fait une découverte plutôt perturbante.
En même temps, Rita Colwell retrouvait aussi V. cholerae dans la baie de Chesapeake dans l'Etat du Maryland. Puis, ces chercheurs ont montré que cette bactérie et Escherichia coli, incubés dans de l'eau de mer artificielle, restaient viables mais avaient perdu la capacité de former des colonies sur des milieux de culture (Microb. Ecol. 8:313,1982). Sans doute, les agents de choléra et d'autres maladies sont présents dans l'environnement, beaucoup plus largement que nous ne l'avions jamais pensé ?
Ainsi est né le concept de bactéries viables mais non cultivables (VNC).
 
Puis, Salmonella enteritidis, Shigella sonnei et Legionella pneumophila ont rejoint la liste des micro-organismes capable d'entrer dans un état dans lequel ils ne montraient pas de croissance sur milieu de culture et se signalaient à l'attention en n'étant pas morts. Leur nombre dans de l'eau stérile semblait diminuer beaucoup plus rapidement, comme le montrent des comptages sur boîtes, que lorsque ces germes sont dénombrés par un comptage direct de leur viabilité. Bientôt, la liste des pathogènes comportant cette caractéristique complexe s'est allongée avec des germes issus de l'environnement.
Le phénomène VNC restait inexpliqué et c'est d'ailleurs un bon exemple que de nommer quelque chose que l'on ne comprend pas. Pendant deux décennies, les micro-organismes VNC ont déclenché de nombreuses expérimentations et soulevé des critiques.
Très récemment, les choses ont changé. Tout d'abord, Mike Barer a publié un appel (J. Med. Microbiol. 46:629, 1997) pour demander à que ce problème soit expliqué. Aujourd'hui, Sally Bloomfield et al. ont proposé un modèle plausible pour expliquer, au moins partiellement le concept de VNC.
Ils ont, en fait, (Microbiology 144:1, 1998) prolonger le concept de suicide des bactéries qu'ils avaient préalablement présenté (Trends in Food Sci. Technol. 8:238, 1997) pour tenter d'expliquer ce qui arrive aux cellules lorsqu'elles sont exposées à choc physique ou chimique. Cela pourrait être le début de la fin d'un long débat.
L'analyse de Bloomfield et al. place les micro-organismes VNC dans un cadre compréhensif. Il s'agit de micro-organismes qui ne se multiplient pas dans les milieux "ordinaires" mais qui doivent se multiplier sur des milieux sélectifs ou d'enrichissement.
"Si de telles cellules ne sont pas non cultivables, c'est simplement parce que nous n'arrivons pas à leur fournir des conditions adaptées pour favoriser leur culture" écrivent Bloomfield et al.
L'autodestruction envisagée par Bloomfield et al. survient lorsqu'un agent physique ou chimique arrête les cellules en phase de croissance exponentielle. Le métabolisme continue en produisant des radicaux libres qui endommagent l'ADN, tuant sans doute la cellule.
Ce découplement du métabolisme, qui ne survient pas pendant la phase stationnaire, peut transformer un effet sublétal en effet létal. Bloomfield et al. suggèrent que le même mécanisme rend aussi compte de l'échec des procédures classiques pour revivifier les cellules viables de l'environnement (et de bactéries au repos ou conservées au froid).
Contrairement à l'idée classique de bactéries en semi repos attendant des sucres pour leur métabolisme, ils mettent en évidence un ajustement interne à différents environnements nécessitant du temps pour l'expression des protéines.
"Nous pensons que le transfert rapide de cellules vers un milieu gélosé riche à des températures optimales pour une activité enzymatique donnée initie un déséquilibre du métabolisme, produisant de façon presque instantanée la production d'ions superoxydes et de radicaux libres. En l'absence d'une adaptation phénotypique, les cellules ne sont pas équipées pour détoxifier les ions superoxydes. Le résultat est que tout ou partie des cellules meurt".
L'acceptation et le prolongement du concept de suicide microbien proviennent d'investigations dans des conditions qui sont plus en faveur d'une réanimation que de la culture de micro-organismes. Le facteur clé est habituellement la restriction nutritionnelle - certaines circonstances peuvent permettre de récupérer des cellules en croissance à partir de populations agressées par des agents physiques et chimiques.

Jean Postgate montrait, il y a 30 ans, qu'un substrat, utilisé pour la croissance de certaines bactéries gram négatif, pouvait hâter leur fin s'il était introduit dans des populations au repos. Le concept de Postgate de "substrat accélérant la mort" peut maintenant avoir une explication métabolique.

Un autre parallèle existe entre les circonstances qui favorisent le manque de cultivabilité de populations avec un accroissement de VNC et ceux qui soutiennent l'idée d'une résistance des bactéries aux agents létaux chimiques et physiques. Dans les deux cas, ce sont ces conditions qui facilitent la mobilisation du système de réparation de l'ADN et la production de hydroperoxidases pour combattre les dommages oxydatifs.
Les bioréacteurs fournissent le point final de la démonstration. Des cultures continues et denses de E. coli génétiquement modifiés contiennent probablement des cellules décrites comme VCN, et qui produisent des recombinants en série. Bloomfield et al. pensent que le génome de ces cellules a été endommagé par un stress oxydatif, résultant des conditions anomales du bioréacteur. Ces cellules ne sont pas véritablement VNC, mais elles ne peuvent en aucun cas être revivifiées.
 
Les conclusions de cette analyse sont la réévaluation et la clarification de deux points obscurs depuis 20 ans.
Premièrement, comme dans le cas du bioréacteur, l'activité métabolique n'est pas une indication de la viabilité.
Deuxièmement, l'absence de cellules sur un milieu de culture ne signifie pas que les micro-organismes soient morts, car des conditions très précises de culture peuvent potentiellement tuer un micro-organisme viable. Bien que cela puisse conduire les cellules au suicide, il reste la possibilité d'une transition vers un phénotype dormant.
Si nous suivons Bloomfield et al., il y a de nombreuses raisons d'accepter l'existence pratique d'un état décrit comme VNC. Cependant, si on enlève la locution "non cultivable" de ce qui peut être des cellules véritablement viables, il faut travailler à une meilleure connaissance des interactions entre la croissance, la respiration, et ce qui est appelé "l'effet dévastateur du pouvoir oxydatif".
Cela peut nous aider à mieux comprendre les cas documentés dans lesquels les cellules VNC deviennent cultivables après passage chez l'homme.
V. cholerae est un bon exemple. Finalement, le Kent est-il réellement exempt de choléra ?