Study of the microbiota susceptible to persist on open surfaces in a beef processing plant

Ce travail de thèse concerne l'étude de l'écologie microbienne d'un atelier de découpe de viande bovine, dans le but de mieux comprendre la persistance bactérienne, c'est-à-dire, la présence répétée d'un même clone bactérien pendant une longue période malgré l'application bien conduite et régulière du nettoyage et de la désinfection (N-D). Des prélèvements par « chiffonnages » multiples de surfaces d'équipements ont été réalisés lors de trois campagnes de prélèvement espacées les unes des autres d'au moins six mois. Les prélèvements ont été réalisés sur un tapis convoyeur en polychlorure de vinyle (PVC) et sur des machines éplucheuses en acier inoxydable avant et après N-D. Nous avons quantifié les cellules totales (les cellules vivantes et les cellules mortes) par PCR quantitative en temps réel (qPCR), les cellules viables par EMA-qPCR, et les UFC (provenant de cellules cultivables) par dénombrement après incubation à 25°C sur gélose tryptone soja. Les résultats montrent qu'avant N-D, les cellules totales (en moyenne 5,6 – exprimé en log10 cellules/cm2 – sur PVC et 4,7 sur acier inoxydable) sont plus nombreuses que les cellules viables (4,5 sur PVC et 4,4 sur acier inoxydable) lesquelles sont plus nombreuses que les UFC (3,8 sur PVC et 2,9 sur acier inoxydable). Le N-D entraîne moins d'une réduction décimale (RD) des populations à l'exception des UFC sur acier inoxydable qui subissent 1,5 RD en moyenne. Ce dernier chiffre s'explique par des forces d'adhésion faibles. L'étude de la diversité des bactéries cultivables montre que sur un total de 51 genres identifiés, 13 seulement sont retrouvés lors des trois campagnes de prélèvements. Les isolats de ces 13 genres représentent 75, 72 et 62% des isolats des campagnes1, 2 et 3 respectivement. Parmi ces isolats, les plus fréquents sont (par ordre décroissant du nombre d'isolats) : Pseudomonas, Staphylococcus, Microbacterium, Acinetobacter, Chryseobacterium, Psychrobacter et Kocuria. Le génotypage d'isolats de 3 genres majoritaires (Staphylococcus, Pseudomonas et Acinetobacter) montre qu'une seule souche, Staphylococcus equorum, est sans aucun doute persistante. L'ensemble de ces observations montrent que l'écosystème varie d'une campagne à une autre. Ces modifications de la diversité bactérienne reflèteraient les modifications de flores des viandes traitées dans l'atelier, qui ont des origines multiples. En outre, il apparaît que, contrairement à ce qui est généralement admis, les bactéries à coloration de Gram négative cultivables sont plus facilement inactivées par le N-D que les bactéries à coloration de Gram positive. L'étude de l'écosystème par PCR-DGGE a permis d'identifier sept genres bactériens et montre que les espèces dominantes sont toutes sous forme vivante, autrement dit, aucune des espèces dominantes n'a été détectée uniquement sous forme de cellules mortes. Sur les sept genres identifiés six sont des Gram – dont majoritairement les genres Acinetobacter, Pseudomonas et Psychrobacter. Cette dominance montre que le N-D permet une forte perte de cultivabilité des bactéries Gram – mais qu'une grande partie n'est pas détachée. La dominance des bactéries Gram – observée par PCR-DGGE masque les staphylocoques qui ne sont pas détectés alors qu'ils sont majoritaires parmi la flore cultivable. Seul un genre bactérien, Propionibacterium, est identifié par PCR-DGGE uniquement mais il n'est trouvé qu'à une seule campagne et uniquement sur l'acier inoxydable avant N-D. En conclusion, l'avancée majeure de ce travail est la mise en évidence qu'une proportion importante de bactéries survit après les opérations très poussées de N-D mais pour une période transitoire.The aim of this work is to acquire a better knowledge of the microbial ecology of a beef processing plant to understand bacterial persistence, e.g. the presence of a clone isolated several times on several visits in the same processing plant despite regular Cleaning and disinfection (C&D) procedures. Successive swabbing were performed on a PVC conveyor belt and skinning machines made of stainless steel before and after C&D during three surveys in minimal 6 month-intervals. Total cells (live and dead cells) were quantified using real-time quantitative PCR (qPCR). Viable cells e.g. cells with intact membrane, were assessed using Ethidium Monoazide combined with qPCR. Culturable cells (CFU) were determined from plate counts on Tryptone Soy Agar. Before C&D, total cells (5.6 log cells/cm2 and 4.7 log10 cells/cm2 on PVC and stainless steel respectively) were greater than viable cells (4.5 and 4.4 log10 cells/cm2) and CFUs (3.8 and 2.9 log10 CFU/cm2). C&D lead to less than 1 log10 reduction in bacterial populations except for CFU counts on stainless steel where a 1.5 log reduction is observed. This result is highlighted by the weak attachment strengths observed on stainless steel for CFUs. Identification of the culturable microbiota revealed that out of 51 genera identified, 13 were found at all the visits. These genera represented 75, 72 and 62% of the total isolates. The most frequently identified bacteria were Pseudomonas, Staphylococcus, Microbacterium, Acinetobacter, Chryseobacterium, Psychrobacter and Kocuria. Molecular typing of three dominant genera (Staphylococcus, Pseudomonas and Acinetobacter) showed that only one strain, Staphylococcus equorum, was persistent in the premises. Our results show that the microbial ecosystem is different from one survey to another, which reflect the various geographical origins of meat products. Contrary to widespread belief, Gram negative strains were more easily eliminated by C&D than Gram positive strains. Furthermore, the microbial diversity assessed by PCR-DGGE allowed the identification of 7 genera. This molecular approach showed that dominant species are all in a viable state: none of these species was solely detected in a dead state. Of the 7 genera identified, 6 were Gram negative, Acinetobacter, Pseudomonas and Psychrobacter being predominant. This result highlights that C&D induced the lost of culturability of Gram negative bacteria although a high proportion was not detached from the surface. The predominance of Gram negative microflora, didn’t allow the detection of staphylococcal isolates which were numerous in the culturable microflora. One genus, Propionibacterium, isolated in one survey on stainless steel before C&D was only identified by PCR-DGGE. In conclusion, the present study has demonstrated that a large proportion of bacteria can survive drastic cleaning and disinfection for a transient period