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13.2 : Utilisation de méthodes physiques pour contrôler les micro-organismes - Biologie

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Objectifs d'apprentissage

  • Comprendre et comparer diverses méthodes physiques de contrôle de la croissance microbienne, y compris le chauffage, la réfrigération, la congélation, le traitement à haute pression, la dessiccation, la lyophilisation, l'irradiation et la filtration

Pendant des milliers d'années, les humains ont utilisé diverses méthodes physiques de contrôle microbien pour la conservation des aliments. Les méthodes de contrôle courantes comprennent l'application de températures élevées, le rayonnement, la filtration et la dessiccation (séchage), entre autres. Bon nombre de ces méthodes tuent les cellules de manière non spécifique en perturbant les membranes, en modifiant la perméabilité des membranes ou en endommageant les protéines et les acides nucléiques par dénaturation, dégradation ou modification chimique. Diverses méthodes physiques utilisées pour le contrôle microbien sont décrites dans cette section.

Chaleur

Le chauffage est l'une des formes de contrôle microbien les plus courantes et les plus anciennes. Il est utilisé dans des techniques simples comme la cuisson et la mise en conserve. La chaleur peut tuer les microbes en altérant leurs membranes et en dénaturant les protéines. Les point de mort thermique (TDP) d'un micro-organisme est la température la plus basse à laquelle tous les microbes sont tués dans une exposition de 10 minutes. Différents micro-organismes réagiront différemment aux températures élevées, certains (par exemple, les formateurs d'endospores tels que C. botulinum) étant plus tolérant à la chaleur. Un paramètre similaire, le temps de mort thermique (TDT), est le temps nécessaire pour tuer tous les micro-organismes dans un échantillon à une température donnée. Ces paramètres sont souvent utilisés pour décrire les procédures de stérilisation qui utilisent une chaleur élevée, comme l'autoclavage. L'ébullition est l'une des plus anciennes méthodes de contrôle de la chaleur humide des microbes, et elle est généralement assez efficace pour tuer les cellules végétatives et certains virus. Cependant, l'ébullition est moins efficace pour tuer les endospores ; certaines endospores sont capables de survivre jusqu'à 20 heures d'ébullition. De plus, l'ébullition peut être moins efficace à des altitudes plus élevées, où le point d'ébullition de l'eau est plus bas et le temps d'ébullition nécessaire pour tuer les microbes est donc plus long. Pour ces raisons, l'ébullition n'est pas considérée comme une technique de stérilisation utile en laboratoire ou en milieu clinique.

De nombreux protocoles de chauffage différents peuvent être utilisés pour la stérilisation en laboratoire ou en clinique, et ces protocoles peuvent être divisés en deux catégories principales : stérilisation à la chaleur sèche et stérilisation à la chaleur humide. La technique aseptique en laboratoire implique généralement certains protocoles de stérilisation à la chaleur sèche utilisant l'application directe de chaleur élevée, tels que la stérilisation des boucles d'inoculation (Figure (PageIndex{1})). L'incinération à très haute température détruit tous les micro-organismes. La chaleur sèche peut également être appliquée pendant des périodes relativement longues (au moins 2 heures) à des températures allant jusqu'à 170 °C en utilisant un stérilisateur à chaleur sèche, tel qu'un four. Cependant, la stérilisation à la chaleur humide est généralement le protocole le plus efficace car elle pénètre mieux dans les cellules que la chaleur sèche.

Autoclave

Les autoclaves reposent sur la stérilisation à la chaleur humide. Ils sont utilisés pour élever les températures au-dessus du point d'ébullition de l'eau pour stériliser des articles tels que le matériel chirurgical des cellules végétatives, des virus et en particulier des endospores, qui sont connus pour survivre aux températures d'ébullition, sans endommager les articles. Charles Chamberland (1851-1908) a conçu l'autoclave moderne en 1879 alors qu'il travaillait dans le laboratoire de Louis Pasteur. L'autoclave est toujours considéré comme la méthode de stérilisation la plus efficace (Figure (PageIndex{2})). En dehors des laboratoires et des milieux cliniques, de grands autoclaves industriels appelés cornues permettre une stérilisation à la chaleur humide à grande échelle.

En général, l'air dans la chambre d'un autoclave est retiré et remplacé par des quantités croissantes de vapeur piégée dans la chambre fermée, ce qui entraîne une augmentation de la pression intérieure et des températures au-dessus du point d'ébullition de l'eau. Les deux principaux types d'autoclaves diffèrent par la manière dont l'air est extrait de la chambre. Dans les autoclaves à déplacement gravitaire, la vapeur est introduite dans la chambre par le haut ou les côtés. L'air, qui est plus lourd que la vapeur, descend au fond de la chambre, où il est expulsé par un évent. Le déplacement complet de l'air est difficile, en particulier dans les charges plus importantes, des cycles plus longs peuvent donc être nécessaires pour de telles charges. Dans les stérilisateurs à prévide, l'air est complètement éliminé à l'aide d'un vide à grande vitesse avant d'introduire de la vapeur dans la chambre. Comme l'air est plus complètement éliminé, la vapeur peut pénétrer plus facilement dans les articles emballés. De nombreux autoclaves sont capables à la fois de cycles de gravité et de prévide, utilisant le premier pour la décontamination des déchets et la stérilisation des milieux et de la verrerie non emballée, et le second pour la stérilisation des instruments emballés.

Les températures de fonctionnement standard des autoclaves sont de 121 °C ou, dans certains cas, de 132 °C, généralement à une pression de 15 à 20 livres par pouce carré (psi). La durée d'exposition dépend du volume et de la nature du matériau à stériliser, mais elle est généralement de 20 minutes ou plus, des volumes plus importants nécessitant des temps d'exposition plus longs pour assurer un transfert de chaleur suffisant vers les matériaux à stériliser. La vapeur doit entrer directement en contact avec les liquides ou les matériaux secs à stériliser, de sorte que les conteneurs sont laissés sans serrer et les instruments sont emballés sans serrer dans du papier ou du papier d'aluminium. La clé de l'autoclavage est que la température doit être suffisamment élevée pour tuer les endospores et obtenir une stérilisation complète.

Parce que la stérilisation est si importante pour des protocoles médicaux et de laboratoire sûrs, le contrôle de la qualité est essentiel. Les autoclaves peuvent être équipés d'enregistreurs pour documenter les pressions et températures atteintes pendant chaque cycle. De plus, des indicateurs internes de divers types doivent être autoclavés avec les matériaux à stériliser pour s'assurer que la température de stérilisation appropriée a été atteinte (Figure (PageIndex{3})). Un type d'indicateur courant est l'utilisation d'un ruban autoclave thermosensible, qui présente des bandes blanches qui deviennent noires lorsque la température appropriée est atteinte lors d'un passage en autoclave réussi. Ce type d'indicateur est relativement peu coûteux et peut être utilisé à chaque exécution. Cependant, le ruban autoclave ne fournit aucune indication sur la durée d'exposition, il ne peut donc pas être utilisé comme indicateur de stérilité. Un autre type d'indicateur, un test de spore indicateur biologique, utilise soit une bande de papier, soit une suspension liquide des endospores de Géobacillus stearothermophilus pour déterminer si les endospores sont tuées par le processus. Les endospores de la bactérie thermophile obligatoire G. stéarothermophile sont l'étalon-or utilisé à cette fin en raison de leur résistance extrême à la chaleur. Les indicateurs de spores biologiques peuvent également être utilisés pour tester l'efficacité d'autres protocoles de stérilisation, y compris la stérilisation à l'oxyde d'éthylène, à la chaleur sèche, au formaldéhyde, aux rayonnements gamma et au peroxyde d'hydrogène en utilisant soit g. stéarothermophile, Bacillus atrophaeus, B. subtilis, ou B. pumilus spores. Dans le cas de la validation de la fonction de l'autoclave, les endospores sont incubées après l'autoclavage pour s'assurer qu'il ne reste aucune endospore viable. La croissance bactérienne consécutive à la germination des endospores peut être surveillée par des tests de spores indicatrices biologiques qui détectent les métabolites acides ou la fluorescence produite par des enzymes dérivées de plantes viables. G. stéarothermophile. Un troisième type d'indicateur d'autoclave est le tube de Diack, une ampoule en verre contenant une pastille thermosensible qui fond à la bonne température de stérilisation. Des bandes de spores ou des tubes de Diack sont utilisés périodiquement pour s'assurer que l'autoclave fonctionne correctement.

Pasteurisation

Bien que la stérilisation complète soit idéale pour de nombreuses applications médicales, elle n'est pas toujours pratique pour d'autres applications et peut également altérer la qualité du produit. L'ébullition et l'autoclavage ne sont pas des moyens idéaux pour contrôler la croissance microbienne dans de nombreux aliments, car ces méthodes peuvent ruiner la consistance et d'autres qualités organoleptiques (sensorielles) des aliments. La pasteurisation est une forme de contrôle microbien des aliments qui utilise la chaleur mais ne rend pas les aliments stériles. La pasteurisation traditionnelle tue les agents pathogènes et réduit le nombre de microbes causant la détérioration tout en maintenant la qualité des aliments. Le processus de pasteurisation a été développé pour la première fois par Louis Pasteur dans les années 1860 comme méthode pour empêcher la détérioration de la bière et du vin. Aujourd'hui, la pasteurisation est le plus souvent utilisée pour tuer les agents pathogènes sensibles à la chaleur dans le lait et d'autres produits alimentaires (par exemple, le jus de pomme et le miel) (Figure (PageIndex{4})). Cependant, comme les produits alimentaires pasteurisés ne sont pas stériles, ils finiront par se gâter.

Les méthodes utilisées pour la pasteurisation du lait équilibrent la température et la durée du traitement. Une méthode, la pasteurisation à haute température courte durée (HTST), expose le lait à une température de 72 °C pendant 15 secondes, ce qui réduit le nombre de bactéries tout en préservant la qualité du lait. Une alternative est la pasteurisation à ultra-haute température (UHT), dans laquelle le lait est exposé à une température de 138 °C pendant 2 secondes ou plus. Le lait pasteurisé UHT peut être conservé longtemps dans des récipients scellés sans être réfrigéré ; cependant, les températures très élevées altèrent les protéines du lait, provoquant de légères modifications du goût et de l'odeur. Pourtant, cette méthode de pasteurisation est avantageuse dans les régions où l'accès à la réfrigération est limité.

Exercice (PageIndex{1})

  1. Dans un autoclave, comment les températures supérieures à l'ébullition sont-elles atteintes ?
  2. Comment le début de la détérioration se compare-t-il entre le lait pasteurisé HTST et le lait pasteurisé UHT ?
  3. Pourquoi l'ébullition n'est-elle pas utilisée comme méthode de stérilisation en milieu clinique ?

Réfrigération et congélation

Tout comme les températures élevées sont efficaces pour contrôler la croissance microbienne, l'exposition des microbes à des températures basses peut également être une méthode simple et efficace de contrôle microbien, à l'exception des psychrophiles, qui préfèrent les températures froides (voir Température et croissance microbienne). Les réfrigérateurs utilisés dans les cuisines domestiques ou en laboratoire maintiennent des températures comprises entre 0 °C et 7 °C. Cette plage de températures inhibe le métabolisme microbien, ralentissant considérablement la croissance des micro-organismes et aidant à préserver les produits réfrigérés tels que les aliments ou les fournitures médicales. Certains types de cultures de laboratoire peuvent être conservés par réfrigération pour une utilisation ultérieure.

Une congélation en dessous de -2 °C peut arrêter la croissance microbienne et même tuer les organismes sensibles. Selon le département américain de l'Agriculture (USDA), les seuls moyens sûrs de décongeler les aliments surgelés sont au réfrigérateur, immergés dans de l'eau froide changée toutes les 30 minutes ou au micro-ondes, en gardant les aliments à des températures non propices à la croissance bactérienne. .1De plus, une croissance bactérienne arrêtée peut redémarrer dans les aliments décongelés, les aliments décongelés doivent donc être traités comme des denrées périssables fraîches.

Les cultures bactériennes et les échantillons médicaux nécessitant un stockage ou un transport à long terme sont souvent congelés à des températures ultra basses de -70 °C ou moins. Ces températures ultra basses peuvent être atteintes en stockant les échantillons sur de la neige carbonique dans un congélateur ultra bas ou dans des réservoirs d'azote liquide spéciaux, qui maintiennent des températures inférieures à -196 °C (Figure (PageIndex{5})).

Exercice (PageIndex{2})

Le fait de placer des aliments dans un réfrigérateur tue-t-il les bactéries sur les aliments ?

Pression

L'exposition à la haute pression tue de nombreux microbes. Dans l'industrie alimentaire, le traitement à haute pression (également appelé pascalisation) est utilisé pour tuer les bactéries, les levures, les moisissures, les parasites et les virus dans les aliments tout en maintenant la qualité des aliments et en prolongeant la durée de conservation. L'application d'une pression élevée entre 100 et 800 MPa (la pression atmosphérique au niveau de la mer est d'environ 0,1 MPa) est suffisante pour tuer les cellules végétatives par dénaturation des protéines, mais les endospores peuvent survivre à ces pressions.23

En milieu clinique, l'oxygénothérapie hyperbare est parfois utilisée pour traiter les infections. Dans cette forme de thérapie, un patient respire de l'oxygène pur à une pression supérieure à la pression atmosphérique normale, typiquement entre 1 et 3 atmosphères (atm). Ceci est réalisé en plaçant le patient dans une chambre hyperbare ou en fournissant de l'oxygène sous pression à travers un tube respiratoire. L'oxygénothérapie hyperbare aide à augmenter la saturation en oxygène dans les tissus qui deviennent hypoxiques en raison d'une infection et d'une inflammation. Cette concentration accrue en oxygène améliore la réponse immunitaire du corps en augmentant les activités des neutrophiles et des macrophages, des globules blancs qui combattent les infections. L'augmentation des niveaux d'oxygène contribue également à la formation de radicaux libres toxiques qui inhibent la croissance de bactéries sensibles à l'oxygène ou anaérobies comme Clostridium perfringens, une cause fréquente de gangrène gazeuse. Dans C. perfringens infections, l'oxygénothérapie hyperbare peut également réduire la sécrétion d'une toxine bactérienne qui provoque la destruction des tissus. L'oxygénothérapie hyperbare semble également augmenter l'efficacité des traitements antibiotiques. Malheureusement, certains risques rares incluent la toxicité de l'oxygène et les effets sur les tissus délicats, tels que les yeux, l'oreille moyenne et les poumons, qui peuvent être endommagés par l'augmentation de la pression atmosphérique.

Le traitement à haute pression n'est pas couramment utilisé pour la désinfection ou la stérilisation des contaminants. Bien que l'application de pression et de vapeur dans un autoclave soit efficace pour tuer les endospores, c'est la température élevée atteinte, et non la pression directement, qui entraîne la mort des endospores.

UNE STRIÉE DE MAUVAIS POTLUCK

Un lundi du printemps 2015, une femme de l'Ohio a commencé à avoir une vision floue et double ; difficulté à avaler; et les paupières tombantes. Elle a été transportée d'urgence au service des urgences de son hôpital local. Au cours de l'examen, elle a commencé à ressentir des crampes abdominales, des nausées, une paralysie, une bouche sèche, une faiblesse des muscles faciaux et des difficultés à parler et à respirer. Sur la base de ces symptômes, le centre de commandement des incidents de l'hôpital a été activé et les responsables de la santé publique de l'Ohio ont été informés d'un cas possible de botulisme. Pendant ce temps, d'autres patients présentant des symptômes similaires ont commencé à se présenter dans d'autres hôpitaux locaux. En raison de soupçons de botulisme, l'antitoxine a été expédiée pendant la nuit du CDC à ces installations médicales, pour être administrée aux patients touchés. Le premier patient est décédé d'une insuffisance respiratoire à la suite d'une paralysie, et environ la moitié des autres victimes ont nécessité une hospitalisation supplémentaire après l'administration d'antitoxines, avec au moins deux respirateurs pour respirer.

Les responsables de la santé publique ont enquêté sur chacun des cas et déterminé que tous les patients avaient assisté au même repas-partage à l'église la veille. De plus, ils ont retracé la source de l'épidémie à une salade de pommes de terre faite avec des pommes de terre en conserve maison. Plus que probablement, les pommes de terre ont été mises en conserve en utilisant de l'eau bouillante, une méthode qui permet aux endospores de Clostridium botulinum survivre. C. botulinum produit de la toxine botulique, une neurotoxine souvent mortelle une fois ingérée. Selon le CDC, le cas de l'Ohio a été la plus grande épidémie de botulisme aux États-Unis depuis près de 40 ans.4

Meurtre C. botulinum endospores nécessite une température minimale de 116 °C (240 °F), bien au-dessus du point d'ébullition de l'eau. Cette température ne peut être atteinte que dans un autoclave, ce qui est recommandé pour la mise en conserve domestique d'aliments peu acides tels que la viande, le poisson, la volaille et les légumes (Figure (PageIndex{6})). De plus, le CDC recommande de faire bouillir les aliments en conserve à la maison pendant environ 10 minutes avant de les consommer. Étant donné que la toxine botulique est thermolabile (ce qui signifie qu'elle est dénaturée par la chaleur), 10 minutes d'ébullition rendront non fonctionnelle toute toxine botulique que l'aliment peut contenir.

Pour en savoir plus sur les bonnes techniques de mise en conserve à domicile, visitez le site Web du CDC.

Dessiccation

Le séchage, également connu sous le nom de dessiccation ou de déshydratation, est une méthode utilisée depuis des millénaires pour conserver des aliments tels que les raisins secs, les pruneaux et la charqui. Cela fonctionne parce que toutes les cellules, y compris les microbes, ont besoin d'eau pour leur métabolisme et leur survie. Bien que le séchage contrôle la croissance microbienne, il peut ne pas tuer tous les microbes ou leurs endospores, qui peuvent commencer à repousser lorsque les conditions sont plus favorables et que la teneur en eau est rétablie.

Dans certains cas, les aliments sont séchés au soleil, en s'appuyant sur l'évaporation pour obtenir la dessiccation. La lyophilisation, ou lyophilisation, est une autre méthode de dessiccation dans laquelle un article est rapidement congelé (« surgelé ») et placé sous vide afin que l'eau soit perdue par sublimation. La lyophilisation combine à la fois l'exposition à des températures froides et la dessiccation, ce qui la rend très efficace pour contrôler la croissance microbienne. De plus, la lyophilisation cause moins de dommages à un article que la dessiccation conventionnelle et préserve mieux les qualités d'origine de l'article. Les articles lyophilisés peuvent être conservés à température ambiante s'ils sont emballés de manière appropriée pour empêcher l'acquisition d'humidité. La lyophilisation est utilisée pour la conservation dans l'industrie alimentaire et est également utilisée en laboratoire pour le stockage à long terme et le transport des cultures microbiennes.

La teneur en eau des aliments et des matériaux, appelée activité de l'eau, peut être abaissée sans séchage physique par l'ajout de solutés tels que des sels ou des sucres. À des concentrations très élevées de sels ou de sucres, la quantité d'eau disponible dans les cellules microbiennes est considérablement réduite car l'eau sera aspirée d'une zone à faible concentration de soluté (à l'intérieur de la cellule) vers une zone à forte concentration de soluté (à l'extérieur de la cellule) ( Figure (PageIndex{7})). De nombreux micro-organismes ne survivent pas à ces conditions de pression osmotique élevée. Le miel, par exemple, est composé à 80 % de saccharose, un environnement dans lequel très peu de micro-organismes sont capables de se développer, éliminant ainsi le besoin de réfrigération. Les viandes et les poissons salés, comme le jambon et la morue, respectivement, étaient des aliments d'une importance critique avant l'ère de la réfrigération. Les fruits étaient conservés en ajoutant du sucre, en faisant des confitures et des gelées. Cependant, certains microbes, tels que les moisissures et les levures, ont tendance à être plus tolérants à la dessiccation et aux pressions osmotiques élevées et, par conséquent, peuvent toujours contaminer ces types d'aliments.

Exercice (PageIndex{3})

Comment l'ajout de sel ou de sucre aux aliments affecte-t-il l'activité de l'eau ?

Radiation

Le rayonnement sous diverses formes, du rayonnement à haute énergie à la lumière du soleil, peut être utilisé pour tuer les microbes ou inhiber leur croissance. Rayonnement ionisant comprend les rayons X, les rayons gamma et les faisceaux d'électrons à haute énergie. Les rayonnements ionisants sont suffisamment puissants pour passer dans la cellule, où ils altèrent les structures moléculaires et endommagent les composants cellulaires. Par exemple, les rayonnements ionisants introduisent des cassures double brin dans les molécules d'ADN. Cela peut directement provoquer des mutations de l'ADN, ou des mutations peuvent être introduites lorsque la cellule tente de réparer les dommages à l'ADN. Au fur et à mesure que ces mutations s'accumulent, elles finissent par entraîner la mort cellulaire.

Les rayons X et les rayons gamma pénètrent facilement le papier et le plastique et peuvent donc être utilisés pour stériliser de nombreux matériaux emballés. En laboratoire, les rayonnements ionisants sont couramment utilisés pour stériliser les matériaux qui ne peuvent pas être autoclavés, tels que les boîtes de Pétri en plastique et les boucles d'inoculation en plastique jetables. Pour une utilisation clinique, les rayonnements ionisants sont utilisés pour stériliser les gants, les tubes intraveineux et d'autres articles en latex et en plastique utilisés pour les soins aux patients. Les rayonnements ionisants sont également utilisés pour la stérilisation d'autres types de matériaux délicats et sensibles à la chaleur utilisés en clinique, notamment les tissus destinés à la transplantation, les médicaments pharmaceutiques et les équipements médicaux.

En Europe, l'irradiation gamma pour la conservation des aliments est largement utilisée, même si elle a été lente à s'imposer aux États-Unis (voir l'encadré Micro Connexions à ce sujet). Les épices séchées emballées sont également souvent irradiées aux rayons gamma. En raison de leur capacité à pénétrer le papier, le plastique, les feuilles minces de bois et de métal et les tissus, il faut faire très attention lors de l'utilisation des rayons X et de l'irradiation gamma. Ces types d'irradiation ionisante ne peuvent pas pénétrer dans des couches épaisses de fer ou de plomb, ces métaux sont donc couramment utilisés pour protéger les humains qui peuvent être potentiellement exposés.

Un autre type de rayonnement, le rayonnement non ionisant, est couramment utilisé pour la stérilisation et utilise moins d'énergie que le rayonnement ionisant. Il ne pénètre pas dans les cellules ou les emballages. La lumière ultraviolette (UV) en est un exemple; il provoque la formation de dimères de thymine entre les thymines adjacentes au sein d'un seul brin d'ADN (Figure (PageIndex{8})). Lorsque l'ADN polymérase rencontre le dimère de thymine, elle n'incorpore pas toujours les nucléotides complémentaires appropriés (deux adénines), ce qui conduit à la formation de mutations qui peuvent finalement tuer les micro-organismes.

La lumière UV peut être utilisée efficacement par les consommateurs et le personnel de laboratoire pour contrôler la croissance microbienne. Les lampes UV sont maintenant couramment incorporées dans les systèmes de purification d'eau pour une utilisation dans les maisons. De plus, de petites lampes UV portables sont couramment utilisées par les campeurs pour purifier l'eau des environnements naturels avant de la boire. Les lampes germicides sont également utilisées dans les blocs opératoires, les armoires de sécurité biologique et les hottes de transfert, émettant généralement une lumière UV à une longueur d'onde de 260 nm. Étant donné que la lumière UV ne pénètre pas les surfaces et ne traversera pas les plastiques ou le verre, les cellules doivent être exposées directement à la source lumineuse.

La lumière du soleil a un spectre très large qui comprend les UV et la lumière visible. Dans certains cas, la lumière du soleil peut être efficace contre certaines bactéries en raison à la fois de la formation de dimères de thymine par la lumière UV et de la production de produits oxygénés réactifs induits en faibles quantités par l'exposition à la lumière visible.

Exercice (PageIndex{4})

  1. Quels sont les deux avantages des rayonnements ionisants comme méthode de stérilisation ?
  2. Quelle est l'efficacité des rayonnements ionisants par rapport à celle des rayonnements non ionisants ?

NOURRITURE IRRADIEE : EN MANGEREZ-VOUS ÇA ?

De tous les moyens de prévenir la détérioration des aliments et les maladies d'origine alimentaire, l'irradiation gamma est peut-être la moins appétissante. Bien que l'irradiation gamma soit une méthode éprouvée pour éliminer les microbes potentiellement nocifs des aliments, le public n'a pas encore adhéré.

La méthode d'irradiation la plus courante consiste à exposer les aliments au cobalt-60 ou au césium-137 en les faisant passer à travers une chambre d'irradiation sur une bande transporteuse. Les aliments n'entrent pas directement en contact avec la matière radioactive et ne deviennent pas eux-mêmes radioactifs. Ainsi, il n'y a aucun risque d'exposition à des matières radioactives par la consommation d'aliments irradiés aux rayons gamma. De plus, les aliments irradiés ne sont pas significativement altérés en termes de qualité nutritionnelle, mis à part la perte de certaines vitamines, qui est également exacerbée par un stockage prolongé. Des altérations du goût ou de l'odorat peuvent se produire dans les aliments irradiés à haute teneur en matières grasses, tels que les viandes grasses et les produits laitiers, mais cet effet peut être minimisé en utilisant des doses de rayonnement plus faibles à des températures plus froides.

Aux États-Unis, le CDC, l'Environmental Protection Agency (EPA) et la Food and Drug Administration (FDA) ont jugé l'irradiation sûre et efficace pour divers types de viandes, volailles, crustacés, fruits et légumes frais, œufs avec coquilles et épices et assaisonnements. L'irradiation gamma des aliments a également été approuvée pour une utilisation dans de nombreux autres pays, dont la France, les Pays-Bas, le Portugal, Israël, la Russie, la Chine, la Thaïlande, la Belgique, l'Australie et l'Afrique du Sud. Afin d'atténuer les préoccupations des consommateurs et de contribuer aux efforts d'éducation, les aliments irradiés sont désormais clairement étiquetés et marqués du symbole international d'irradiation, appelé « radura » (Figure (PageIndex{9})). L'acceptation par les consommateurs semble augmenter, comme l'indiquent plusieurs études récentes.

Sonication

L'utilisation d'ondes ultrasonores à haute fréquence pour perturber les structures cellulaires est appelée sonication. L'application d'ondes ultrasonores provoque des changements rapides de pression dans le liquide intracellulaire ; cela conduit à la cavitation, la formation de bulles à l'intérieur de la cellule, ce qui peut perturber les structures cellulaires et éventuellement provoquer la lyse ou l'effondrement de la cellule. La sonication est utile en laboratoire pour lyser efficacement les cellules afin de libérer leur contenu pour des recherches ultérieures; en dehors du laboratoire, la sonication est utilisée pour nettoyer les instruments chirurgicaux, les lentilles et divers autres objets tels que les pièces de monnaie, les outils et les instruments de musique.

Filtration

La filtration est une méthode de séparation physique des microbes des échantillons. L'air est généralement filtré à travers des filtres à particules à haute efficacité (HEPA) (Figure (PageIndex{10})). Les filtres HEPA ont des pores efficaces de 0,3 µm, suffisamment petits pour capturer les cellules bactériennes, les endospores et de nombreux virus, lorsque l'air passe à travers ces filtres, stérilisant presque l'air de l'autre côté du filtre. Les filtres HEPA ont une variété d'applications et sont largement utilisés dans les milieux cliniques, dans les voitures et les avions, et même à la maison. Par exemple, ils peuvent être trouvés dans les aspirateurs, les systèmes de chauffage et de climatisation et les purificateurs d'air.

Armoires de sécurité biologique

Les enceintes de sécurité biologique sont un bon exemple d'utilisation de filtres HEPA. Les filtres HEPA dans les enceintes de sécurité biologique (ESB) sont utilisés pour éliminer les particules dans l'air entrant dans l'enceinte (entrée d'air), sortant de l'enceinte (évacuation d'air) ou traitant à la fois l'admission et l'évacuation. L'utilisation d'un filtre HEPA d'admission d'air empêche les contaminants environnementaux d'entrer dans le BSC, créant une zone propre pour la manipulation des matériaux biologiques. L'utilisation d'un filtre HEPA d'échappement d'air empêche les agents pathogènes de laboratoire de contaminer le laboratoire, maintenant ainsi une zone de travail sûre pour le personnel du laboratoire.

Il existe trois classes de BSC : I, II et III. Chaque classe est conçue pour offrir un niveau de protection différent au personnel de laboratoire et à l'environnement ; Les BSC II et III sont également conçus pour protéger les matériaux ou les appareils de l'armoire. Le tableau (PageIndex{1}) résume le niveau de sécurité fourni par chaque classe de BSC pour chaque BSL.

Tableau (PageIndex{1}): Risques biologiques et BSC
Risque biologique évaluéClasse BSCProtection du PersonnelProtection de l'environnementProtection du produit
BSL-1, BSL-2, BSL-3jeOuiOuiNon
BSL-1, BSL-2, BSL-3IIOuiOuiOui
BSL-4III ; II lorsqu'il est utilisé dans la salle de costume avec costumeOuiOuiOui

Les BSC de classe I protègent les travailleurs de laboratoire et l'environnement d'un risque faible à modéré d'exposition aux agents biologiques utilisés en laboratoire. L'air est aspiré dans l'armoire puis filtré avant de sortir par le système d'échappement du bâtiment. Les ESB de classe II utilisent un flux d'air directionnel et des systèmes de barrière partielle pour contenir les agents infectieux. Les BSC de classe III sont conçus pour travailler avec des agents hautement infectieux comme ceux utilisés dans les laboratoires BSL-4. Ils sont étanches au gaz et les matériaux entrant ou sortant de l'armoire doivent passer par un système à double porte, permettant de décontaminer l'espace intermédiaire entre les utilisations. Tout l'air passe à travers un ou deux filtres HEPA et un système d'incinération d'air avant d'être évacué directement vers l'extérieur (pas par le système d'échappement du bâtiment). Le personnel peut manipuler des matériaux à l'intérieur de l'armoire de classe III en utilisant de longs gants en caoutchouc scellés à l'armoire.

Cette vidéo montre comment les BSC sont conçus et explique comment ils protègent le personnel, l'environnement et le produit.

Filtration dans les hôpitaux

Les filtres HEPA sont également couramment utilisés dans les hôpitaux et les blocs opératoires pour empêcher la contamination et la propagation des microbes en suspension dans l'air par les systèmes de ventilation. Les systèmes de filtration HEPA peuvent être conçus pour des bâtiments entiers ou pour des pièces individuelles. Par exemple, les unités de brûlage, les salles d'opération ou les unités d'isolement peuvent nécessiter des systèmes de filtration HEPA spéciaux pour éliminer les agents pathogènes opportunistes de l'environnement, car les patients dans ces salles sont particulièrement vulnérables aux infections.

Filtres à membrane

La filtration peut également être utilisée pour éliminer les microbes des échantillons liquides à l'aide de la filtration sur membrane. Les filtres à membrane pour liquides fonctionnent de la même manière que les filtres HEPA pour l'air. En règle générale, les filtres à membrane utilisés pour éliminer les bactéries ont une taille de pores effective de 0,2 µm, inférieure à la taille moyenne d'une bactérie (1 µm), mais des filtres avec des tailles de pores plus petites sont disponibles pour des besoins plus spécifiques. La filtration sur membrane est utile pour éliminer les bactéries de divers types de solutions thermosensibles utilisées en laboratoire, telles que les solutions antibiotiques et les solutions vitaminées. De grands volumes de milieux de culture peuvent également être stérilisés par filtre plutôt qu'autoclavés pour protéger les composants sensibles à la chaleur. Souvent, lors du filtrage de petits volumes, des filtres à seringue sont utilisés, mais des filtres à vide sont généralement utilisés pour filtrer des volumes plus importants (Figure (PageIndex{11})).

Exercice (PageIndex{5})

  1. La filtration sur membrane avec un filtre de 0,2 µm éliminerait-elle probablement les virus d'une solution ? Expliquer.
  2. Nommez au moins deux utilisations courantes de la filtration HEPA en milieu clinique ou en laboratoire.

La figure (PageIndex{12}) et la figure (PageIndex{13}) résument les méthodes physiques de contrôle décrites dans cette section.

Concepts clés et résumé

  • La chaleur est une méthode largement utilisée et très efficace pour contrôler la croissance microbienne.
  • Stérilisation à la chaleur sèche Les protocoles sont couramment utilisés dans les techniques aseptiques en laboratoire. Cependant, stérilisation à la chaleur humide est généralement le protocole le plus efficace car il pénètre mieux dans les cellules que la chaleur sèche.
  • Pasteurisation est utilisé pour tuer les agents pathogènes et réduire le nombre de microbes qui causent la détérioration des aliments. Pasteurisation à haute température et courte durée est couramment utilisé pour pasteuriser le lait qui sera réfrigéré; pasteurisation ultra-haute température peut être utilisé pour pasteuriser le lait pour un stockage à long terme sans réfrigération.
  • La réfrigération ralentit la croissance microbienne; la congélation arrête la croissance, tuant certains organismes. Les échantillons de laboratoire et médicaux peuvent être congelés sur de la neige carbonique ou à des températures ultra basses pour le stockage et le transport.
  • Le traitement à haute pression peut être utilisé pour tuer les microbes dans les aliments. L'oxygénothérapie hyperbare pour augmenter la saturation en oxygène a également été utilisée pour traiter certaines infections.
  • Dessiccation a longtemps été utilisé pour conserver les aliments et est accéléré par l'ajout de sel ou de sucre, qui diminuent l'activité de l'eau dans les aliments.
  • Lyophilisation combine l'exposition au froid et la dessiccation pour le stockage à long terme des aliments et du matériel de laboratoire, mais les microbes restent et peuvent être réhydratés.
  • Rayonnement ionisant, y compris l'irradiation gamma, est un moyen efficace de stériliser les matériaux thermosensibles et emballés. Rayonnement non ionisant, comme la lumière ultraviolette, est incapable de pénétrer les surfaces mais est utile pour la stérilisation de surface.
  • HEPA la filtration est couramment utilisée dans les systèmes de ventilation des hôpitaux et les enceintes de sécurité biologique des laboratoires pour empêcher la transmission de microbes en suspension dans l'air. Filtration membranaire est couramment utilisé pour éliminer les bactéries des solutions sensibles à la chaleur.

Choix multiple

Laquelle des méthodes suivantes provoque la lyse cellulaire due à la cavitation induite par des changements de pression localisés rapides ?

A. micro-ondes
B. irradiation gamma
C. rayonnement ultraviolet
D. sonication

Lequel des termes suivants est utilisé pour décrire le temps nécessaire pour tuer tous les microbes d'un échantillon à une température donnée ?

A. Valeur D
B. point de mort thermique
C. temps de mort thermique
D. temps de réduction décimale

C

Laquelle des méthodes de contrôle microbien suivantes ne tue pas réellement les microbes ou n'inhibe pas leur croissance, mais les élimine physiquement des échantillons ?

A. filtration
B. dessiccation
C. lyophilisation
D. rayonnement non ionisant

UNE

Remplir les trous

Dans un autoclave, l'application de pression à ________ est augmentée pour permettre à la vapeur d'atteindre des températures supérieures au point d'ébullition de l'eau.

fumer

Vrai faux

Les rayonnements ionisants peuvent pénétrer les surfaces, mais les rayonnements non ionisants ne le peuvent pas.

Vrai

Moist-heat sterilization protocols require the use of higher temperatures for longer periods of time than do dry-heat sterilization protocols do.

Faux

Réponse courte

What is the advantage of HTST pasteurization compared with sterilization? What is an advantage of UHT treatment?

How does the addition of salt or sugar help preserve food?

Which is more effective at killing microbes: autoclaving or freezing? Expliquer.

Esprit critique

In 2001, endospores of Bacillus anthracis, the causative agent of anthrax, were sent to government officials and news agencies via the mail. In response, the US Postal Service began to irradiate mail with UV light. Was this an effective strategy? Pourquoi ou pourquoi pas?

Notes de bas de page

  1. 1 US Department of Agriculture. “Freezing and Food Safety.” 2013. http://www.fsis.usda.gov/wps/portal/...afety/CT_Index. Accessed June 8, 2016.
  2. 2 C. Ferstl. “High Pressure Processing: Insights on Technology and Regulatory Requirements.” Food for Thought/White Paper. Series Volume 10. Livermore, CA: The National Food Lab; July 2013.
  3. 3 US Food and Drug Administration. “Kinetics of Microbial Inactivation for Alternative Food Processing Technologies: High Pressure Processing.” 2000. www.fda.gov/Food/FoodScienceR.../ucm101456.htm. Accessed July 19, 2106.
  4. 4 CL McCarty et al. “Large Outbreak of Botulism Associated with a Church Potluck Meal-Ohio, 2015.” Rapport hebdomadaire sur la morbidité et la mortalité 64, non. 29 (2015):802–803.
  5. 5 AM Johnson et al. “Consumer Acceptance of Electron-Beam Irradiated Ready-to-Eat Poultry Meats.” Food Processing Preservation, 28 no. 4 (2004):302–319.


Voir la vidéo: Microorganismes (Août 2022).