Les familles de bactériophages

Les familles de bactériophages

Les antibiotiques traditionnels:

Les antibiotiques sont des molécules qui interagissent avec les bactéries en interférant avec les voies métaboliques de ces dernières. Les voies ciblées par l’ antibiotique déterminent la gamme de bactéries affectées. Lorsqu’un antibiotique atteint une voie métabolique largement répandue, on parle d’un antibiotique à large spectre. Dans le cas contraire, on parle d’un antibiotique spécifique. Un exemple bien connu d’ antibiotique est la pénicilline. La pénicilline est un antibiotique de la famille des bêta-Iactamines. Les pénicillines les plus utilisées sont la benzylpénicilline (0) et la phénoxyméthylpénicilline (V). Ces molécules sont produites par des levures de la famille pénicillium. Elles attaquent normalement les bactéries Gram positifs (L. monocytogenes) en rendant la membrane de peptidoglicane perméable [36].

L’ajout d’une chaîne latérale à la pénicilline la rend efficace contre les bacilles Gram négatifs (E. coli, Salmonella). Cette variété de pénicilline est appelée aminopénicillines. Une des principales problématiques avec les antibiotiques est le développement de résistance chez les bactéries. Les bactéries résistantes se développent après l’ exposition d’une population à un antibiotique. Plus les bactéries sont exposées à un antibiotique, plus il y a de chance qu’ elles acquièrent une résistance contre celui-ci. La résistance peut se développer de plusieurs façons, mais parfois, très rapidement. Le médecin doit alors utiliser des mélanges d’antibiotiques ou des antibiotiques moins prescrits, donc moins communs et plus chers, pour endiguer l’infection.

Un exemple de mécanisme de protection que les bactéries peuvent développer est la production d’une protéine inhibant l’antibiotique. Ceci est particulièrement vrai avec la pénicilline. Les bactéries résistantes vont fréquemment acquérir un gène qui permet la production de bêta-lactamase. Il s’agit d’une enzyme qui dégrade la pénicilline. Lorsque cette situation a été repérée, des recherches ont dû être effectuées pour synthétiser de nouvelles formes de pénicilline résistantes au bêta-lactamase [36]. Malheureusement, c’est une question de temps avant que de nouvelles souches de bactéries ne développent une solution pour résister à la nouvelle molécule.

Les bactériophag:

Les bactériophages sont des prédateurs naturels pour les bactéries. Ce sont des virus mesurant en général entre 20 et 300 nm. Il existe de nombreuses familles de bactériophages avec des caractéristiques très diversifiées. Les phages sont des éléments bioactifs spécifiques qui ciblent un seul genre de bactérie.

Il existe une grande variété des bactériophages dans l’environnement ciblant tous les types de bactéries. Il est donc très facile de créer des cocktails de bactériophages exploitant différents éléments de la bactérie, ce qui rend le mélange (un « cocktail» de phages) beaucoup plus efficace et évite l’évolution vers des bactéries résistantes. Il est aussi facile de trouver de nouveaux phages pour cibler de nouvelles bactéries. Les bactériophages ont l’avantage de pouvoir diversifier leurs codes génétiques et d’évoluer avec leurs hôtes. Même si les bactéries développent des résistances à force d’être exposées, les bactériophages développent eux aussi naturellement de nouveaux mécanismes qui vont leur permettre de contourner les nouvelles résistances des bactéries. Cet avantage rend les bactériophages extrêmement pertinents et adaptés comme alternative aux antibiotiques, ces derniers préservent ainsi leur efficacité dans le domaine médical.

La fabrication du papier:

Dans cette section, nous nous intéressons tout d’abord aux fibres de bois, le matériau de base utilisé dans la formation du papier et les technologies de conversion de celui-ci.

Les fibres de bois:

Les types de fibres provenant de l’exploitation des forêts sont distingués en deux catégories. Il y a des fibres provenant des bois de feuillus (angiospermes) comme l’érable, le chêne et le bouleau et les fibres provenant des bois de résineux (gymnospermes) comme l’épinette, le pin et le sapin. Cette séparation est fonction de propriétés spécifiques de chaque catégorie de fibre. Les fibres provenant des bois de résineux sont habituellement plus longues et plus épaisses comparativement aux fibres provenant des bois de feuillus [49]. Au Québec, les industries papetières utilisent principalement les bois provenant d’arbres résineux. La fibre de bois correspond histologiquement aux trachéides de l’arbre, elle est principalement composée de polysaccharides comme la cellulose, des hémicelluloses et la lignine. La cellulose est un polymère linéaire dont le monomère est la cellobiose. La cellobiose est formée de deux molécules de glucose liées en configuration bêta 1,4 [50].

La formation du papier:

Dans une machine à papier standard, il existe trois sections : la partie humide, la section des presses et la sécherie. Dans la section humide, la suspension fibreuse (de la pâte très diluée, à moins de 1 % de concentration) est d’abord projetée sur la toile au niveau d’une caisse de tête (ou caisse d’arrivée). La caisse de tête a pour objectif de défloculer et de répartir la suspension fibreuse (pâte) sur la toile. La toile de machine est une bande sans [m qui permet d’égoutter l’eau de la suspension fibreuse. Les premières parties de la table plate sont des «racles », situées sous la toile, qui permettent d’égoutter un maximum d’eau par dépression. Par la suite, des caisses aspirantes, situées elles-aussi sous la toile, poursuivent le travail d’extraction d’eau. Dans cette partie de la machine, les fibres se superposent et se lient entre elles grâce à différentes réactions physiques; ce  phénomène est relié aux liaisons hydrogène (<< hydrogen bonding ») [49].

Résultats des conditions d’opérations des bactériophages:

Les bactériophages représentent probablement l’option la plus pertinente pour la conception d’emballages alimentaires bioactifs. Cependant, il est nécessaire de déterminer leurs conditions d’opérations, c’est-à-dire leur résistance dans les procédés papetiers. Les deux principales contraintes retenues sont la température et le pH. De plus, l’influence des sauces de couchage sur l’activité des bactériophages est ici considérée. Les résultats des expériences menées en laboratoires sont présentés dans cette section.

Tolérances aux températures élevée:

Le bactériophage T4 possède une charge virale composée d’ADN double brin, cependant, il est connu que l’ADN se dénature à 74 oC. Dans les procédés papetiers, les températures atteintes par les sècheries peuvent dépasser les 120 oC, mais pour des temps relativement courts. Des températures élevées peuvent aussi être atteintes lors de la préparation des sauces de couchage. Par exemple, lors de la préparation de l’amidon, la solution doit être chauffée à 70 oC pendant une demi-heure. Le but des expériences est donc d’étudier l’influence des facteurs températures/temps sur l’efficacité des phages.

Les conditions d’opération en pH:

La production papetière peut inclure des environnements acides ou alcalins. Les résultats des essais développés dans ce projet de maîtrise indiquent que les bactériophages sont très sensibles aux pH. À pH neutre la population de bactériophages actifs reste stable dans le temps. À un pH 4,0,50 % des bactériophages sont inactivés en une minute et 96 % sont inactivés au bout de 20 minutes. D’autre part, pour un temps fixe, les bactériophages sont stables entre le pH de 7,0 et de 7,5. Au moins 90 % de la population est inactivée en une heure à l’extérieur de cet intervalle de pH. Les deux méthodologies employées pour détenniner la gamme de pH ont donné des résultats similaires. Seules les valeurs à pH 8,0 sont discordantes (100 % pour la méthode tampon et 0,8 % pour la méthode neutralisée). La concentration des phage actifs évolue de manière drastique en dehors du plateau, une simple différence d’un demi-point de pH pourrait avoir entraîné cette différence. La conservation d’un pH neutre sera donc essentielle lors de la préparation des sauces de couchage.

Procédé de couchage:

Les essais de couchages réalisés au CIC ont démontré la faisabilité de la production de papiers bioactifs à l’échelle commerciale. La pulvérisation est un procédé efficace pour coucher les bactériophages sur le papier. Il s’agit d’un système simple, versatile et peu dispendieux. Ce système n’est pas courant dans le milieu papetier, mais il y est facilement adaptable. Lors de ces essais, aucune limite en termes de vitesse n’est apparue. Malgré la concentration limitée de bactériophage, des papiers fonctionnels ont été fabriqués à 400 rn/minute sur une base de papier résistant à l’état humide. Pour le papier TMP, les résultats ont été positifs pour les vitesses de 150 et de 200 rn/minutes. Cependant, aucune bioactivité n’a été mesurée à 400 tTI/minute. Ce résultat peut s’expliquer par la capacité d’absorbance supérieure du papier. Nous proposons comme explication que les phages sont peut-être piégés dans la structure interne du papier, donc inefficaces, car sans contact potentiel en surface. En outre, le dispositif du «Center Wind» semble apporter une contribution au maintien de la bioactivité. Par conséquent, comme nous l’avions estimé, il est possible que le cisaillement causé par l’enroulement provoque la destruction partielle des bactériophages.

Les essais de couchage par rotogravure réalisés à Innofibre confirment l’efficacité du procédé de couchage à l’échelle pilote. Toutefois, l’important apport d’eau entraîne plusieurs difficultés: la sécherie devient obligatoire, les vitesses sont faibles et le papier fmal gondole au séchage. Afm d’améliorer la qualité du papier produit par ce procédé il serait intéressant d’utiliser une machine comportant un parcours plus grand, des températures de séchage plus élevé, une sauce plus concentrée ou des alvéoles de gravure (cellules) apportant des quantités moindres d’eau au papier (avec alors des concentrations initiales en phages plus importantes).

Pour améliorer la qualité de la production du papier bioactif, l’utilisation de vitesse supérieure est envisageable pour réduire le temps de résidence de papier en sécherie. De plus, des concentrations plus élevées de bactériophage seraient préférables pour assurer une qualité de production constante. Enfm, afm d’augmenter le spectre d’activité du papier bioactif plusieurs phages devront être appliqués. Deux voies sont possibles, soit l’application unique d’une solution contenant l’ensemble des phages (cocktails) ou des applications successives de chaque solution de phages (plusieurs têtes de pulvérisation ou utilisation d’un procédé d’impression).

Conclusion:

Les papiers bioactifs sont un moyen pertinent de contrôle général des contaminations alimentaires à l’échelle mondiale. Ce type de produit a principalement été développé par les membres du réseau canadien SENTINEL. Au sein de ce regroupement, l’UQTR a choisi de développer les papiers bioactifs à base de bactériophages sur les dispositifs papetiers existants. Les expériences précédant nos travaux ont prouvé la validité du concept à l’échelle du laboratoire. Pour envisager la commercialisation, une étude de la mise à l’échelle était nécessaire. Ce qui est l’objectif principal de ce projet de recherche. Pour ce faire, les étapes menant à la production pilote des papiers bioactifs ont été déterminées et des essais de mise à l’échelle ont été effectués sur la production des bactériophages ainsi que sur leur couchage sur des papiers de base commerciaux.

 

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Table des matières

INTRODUCTION 
CHAPITRE II ,
REVUE DE LITTERATURE 
Les cibles bactériennes
Définitions et caractéristiques
Listeria monocytogenes
Salmonella enterica
Escherichia coli.
Les agents bioactifs
Les anticorps
Les aptamères
Les bactériophages .
Les bactériophage
Caractéristiques et structure
Les familles de bactériophages
Les cycles lytiques
La multiplicité d’infection
L’entérobactériophage T4
Le développement du bactériophage T4
Intérêts pratiques des bactériophages
La fabrication du papier
Les fibres de bois
La formation du papier
La conversion du papier
Les papiers bioactifs
La fixation des agents sur les papiers
États des avancements à l’UQTR
Sélection des procédés en vue d’une production pilote
CHAPITRE III
DÉTERMINATION DES CONDITIONS D’APPLICATION DES ,
BACTERIOPHAGES
Matériels et méthodes
Production des bactériophages.
Purification des bactériophages
Décompte des plages de lyse
Décompte par ordinateur
Tests des puits
Tests d’exposition aux températures élevées
Tests d’exposition aux différents pH .
Résultats des conditions d’opérations des bactériophages .
Tolérances aux températures élevées
Tolérance des bactériophages aux conditions de pH .
L’influence des sauces de couchage sur la bioactivité
 Discussion.
Les conditions d’opérations en température .
Les conditions d’opération en pH
Conclusions sur les conditions opératoires d’application des phages
CHAPITRE IV
PROCÉDÉS DE FABRICATION DES PAPIERS BIOACTIFS À ,
L’ECHELLE PILOTE
Matériel et méthodes 
Courbe de croissance d’Escherichia coli B
Préparation des inocula bactériens et viraux.
Préparation des expériences en bioréacteurs
Filtration tangentielle des bactériophages.
Méthodes de couchages
Résultats des essais pilotes
Mise à l’échelle de la production de bactériophages
Première fermentation en bioréacteur
Couchage en usine pilote .
 Discussion
Production de bactériophages en bioréacteur pilote
Procédé de couchage
CHAPITRE V
CONCLUSION ET PERSPECTIVES
 Conclusion

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