★ À maîtriser
📌 Les flores technologiques ou probiotiques sont ajoutées lors de la fabrication ou peuvent bénéficier à la santé, et améliorent les qualités nutritionnelles et diététiques des aliments.
Le yaourt associe Lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricus et Streptococcus thermophilus, qui contribuent à la coagulation des caséines.
La législation sur le yaourt exige au moins 10 millions de bactéries vivantes par gramme.
Les microorganismes pathogènes constituent des dangers biologiques pour le consommateur et peuvent provoquer des toxi-infections alimentaires ou collectives (TIA/TIAC).
La croissance ou l’activité métabolique des flores d’altération modifie les propriétés organoleptiques des aliments, notamment le goût, l’odeur, la couleur ou la texture, et détériore leur qualité.
Compléments
Les bactéries lactiques utilisées comme flores technologiques comprennent :
Les probiotiques peuvent agir localement sur les cellules immunitaires intestinales, activer les cellules épithéliales et dendritiques et la production de cytokines, moduler les réponses des cellules T (Th1, Th2, Th17, Treg), puis favoriser la maturation des cellules B et la production d’IgA protectrices de la muqueuse intestinale. - Mazziotta et al., Cells, 2023
Les allégations de santé sur les probiotiques reposent sur des analyses statistiques robustes en nombre insuffisant et des études hétérogènes quant à la durée du traitement, au modèle humain ou animal, à la souche, au conditionnement, au mode d’administration et à la dose. - Mary Ellen Sanders, Clinical Infectious Diseases, 2008
Les bactéries lactiques peuvent limiter la croissance d’autres microorganismes par acidification via des acides organiques, production de bactériocines comme la pédiocine et la nisine, compétition pour les nutriments, production de dioxyde de carbone et production de peroxyde d’hydrogène.
En 2022, le nombre de TIAC notifiées a atteint son niveau le plus élevé depuis l’instauration de la déclaration obligatoire en 1987.
Brochothrix thermosphacta altère l’odeur de la viande réfrigérée en produisant des composés volatils tels que l’acétoïne, le diacétyl et le 3-méthylbutanol.
Leuconostoc, notamment L. gasicomitatum, peut produire un mucus filamenteux sur des viandes cuites à basse température et des composés aromatiques volatils responsables d’altération de l’odeur.
Les champignons cités comme utiles ou technologiques sont :
Aspergillus, Fusarium et Penicillium expansum sont associés à la production de mycotoxines dans les céréales, lesquelles peuvent avoir des effets hépatotoxiques, neurotoxiques, mutagènes, tératogènes, cancérigènes et immunosuppresseurs.
Les flores positives améliorent ou transforment, les pathogènes menacent, les flores d’altération détériorent.
★ À maîtriser
📌 Les biotechnologies ancestrales comprennent notamment les fermentations alimentaires et les techniques de sélection animale et végétale, tandis que les biotechnologies modernes s’appuient sur la biologie moléculaire et les organismes génétiquement modifiés.
Compléments
Les fermentations ancestrales sont utilisées en :
Les biotechnologies modernes permettent notamment l’amélioration des espèces végétales et la production de nouveaux produits comme l’acide citrique par Aspergillus niger, les acides aminés par Corynebacterium glutamicum, les épaississants xanthane, les protéines single cell proteins, des enzymes microbiennes et des arômes.
Les biotechnologies bleues exploitent les ressources marines pour développer de nouveaux médicaments et des additifs pour les industries cosmétique et alimentaire.
Les biotechnologies jaunes contribuent à la protection de l’environnement par : le traitement des pollutions, la décontamination de sites pollués par bioremédiation, le traitement et la valorisation des déchets, le traitement de l’eau, la surveillance des agents pathogènes dans l’eau, l’air et les sols
Les biotechnologies rouges comprennent : la production de vaccins, la production d’antibiotiques, la production d’hormones comme l’insuline et l’hormone de croissance, les thérapies cellulaires et géniques, les outils de diagnostic médical par biologie moléculaire
Les biotechnologies blanches visent une industrie plus durable par : la substitution de la synthèse chimique, l’utilisation de sources de carbone renouvelables, l’économie d’énergie, la réduction des déchets
Les biotechnologies blanches produisent notamment des additifs alimentaires biosourcés, des détergents et enzymes, des emballages et textiles biodégradables ainsi que des biocarburants par méthanisation et production d’éthanol.
★ À maîtriser
Le développement microbien nécessite :
Les conditions physico-chimiques influencent :
📌 Les facteurs intrinsèques relèvent des propriétés de la matrice alimentaire, tandis que les facteurs extrinsèques relèvent de l’environnement ou des conditions de conservation du produit.
Compléments
Les facteurs intrinsèques comprennent notamment la structure, le pH, l’activité de l’eau, le potentiel d’oxydoréduction et les substances antimicrobiennes; les facteurs extrinsèques comprennent notamment la température, l’oxygène, l’humidité relative, l’atmosphère et la lumière.
La maîtrise des paramètres de croissance permet de prévoir les effets du développement microbien sur les aliments et de maîtriser leur qualité microbiologique et la bioproduction.
★ À maîtriser
📐 Formule - En solution aqueuse, le pH est défini par .
La plupart des microorganismes se développent au mieux près du pH neutre, mais des microorganismes peuvent croître sur une gamme de pH allant de 2 à 11.
Les acidophiles ont un pH optimal de croissance de 0 à 5,5, les neutrophiles de 5,5 à 8 et les alcalophiles de 8 à 11,5.
Un acide fort est entièrement dissocié en solution, tandis qu’un acide faible n’est que partiellement dissocié.
Pour un acide faible, si le pH est égal au pKa les formes dissociée et non dissociée sont en proportions égales; si le pH dépasse le pKa la forme dissociée prédomine, et s’il est inférieur au pKa la forme non dissociée prédomine.
Seule la forme non dissociée d’un acide faible est inhibitrice pour la croissance microbienne, et son effet inhibiteur augmente lorsque le pH devient inférieur au pKa.
Compléments
Les levures et les moisissures sont généralement acido-résistantes; leur pH optimal se situe entre 4 et 6, avec des valeurs extrêmes de 2 à 9 pour les levures et de 2 à 11 pour les moisissures.
Les pH extrêmes agissent sur :
À pH faible, les ions magnésium forment des complexes insolubles; à pH élevé, le zinc, le calcium et les ions ferriques sont complexés et deviennent indisponibles pour les microorganismes.
L’acide acétique a un pKa de 4,76; à pH 5,75 il est dissocié à 91 % et non dissocié à 9 %, à pH 4,5 il est dissocié à 36 % et non dissocié à 64 %, et à pH 3,8 il est dissocié à 10 % et non dissocié à 90 %.
La forme non dissociée d’un acide faible traverse la membrane; dans le cytoplasme où pHin est supérieur au pKa, elle se dissocie, ce qui entraîne l’accumulation d’anions toxiques, un stress et une baisse du pH intracellulaire, puis l’inhibition des enzymes.
Face au stress pH, la levure de boulangerie Saccharomyces cerevisiae peut modifier l’expression de ses gènes et synthétiser des pompes à protons.
Le pH des aliments dépend des quantités de substances acides ou basiques présentes et de l’effet tampon du produit, principalement lié à sa teneur en protéines.
★ À maîtriser
📐 Formule - L’activité de l’eau est le rapport entre la pression de vapeur de l’eau dans le produit et celle de l’eau pure à la même température : .
📌 La croissance microbienne exige généralement une activité de l’eau plus élevée pour les bactéries que pour les levures, et plus élevée pour les levures que pour les moisissures.
Compléments
📌 L’eau libre migre des régions à forte activité de l’eau vers les régions à faible activité de l’eau jusqu’à l’équilibre, et l’augmentation de la concentration en solutés diminue l’aw.
L’eau est nécessaire aux microorganismes comme solvant des nutriments et comme agent chimique des réactions d’hydrolyse impliquées dans les synthèses et les réactions énergétiques.
L’activité de l’eau influence :
Les cellules peuvent s’adapter à une faible aw par une augmentation temporaire rapide des ions potassium, puis par l’accumulation de solutés compatibles comme la glycine-bétaïne, la proline, le tréhalose, le glycérol et le glutamate.
La maîtrise de l’activité de l’eau pour limiter la croissance microbienne consiste à diminuer l’eau libre par séchage, lyophilisation ou congélation, ou à ajouter des solutés tels que le sel, le sucre ou des additifs pour la lier.
★ À maîtriser
Les psychrophiles sont adaptés au froid, croissent à 0 °C, ont un optimum vers 15 °C et un maximum vers 20 °C.
Les psychrotrophes dominent dans les denrées réfrigérées comme le lait, les viandes et les poissons, où ils constituent des flores d’altération, et leur temps de génération est d’environ 24 h à 0 °C.
Les mésophiles, souvent d’origine humaine ou animale, se multiplient entre environ 20 et 40/45 °C, avec un optimum à 30 et 37 °C, et comprennent la plupart des agents bactériens pathogènes.
📌 Les thermophiles facultatifs préfèrent les températures élevées mais peuvent croître à des températures plus modérées, les thermophiles obligatoires ne croissent pas sous leur seuil thermique élevé et les hyperthermophiles croissent au-dessus de 90 °C.
Compléments
📌 Les facteurs extrinsèques correspondent aux conditions de conservation du produit, notamment la température, l’atmosphère, la lumière et d’autres conditions environnementales.
Peu d’agents pathogènes sont psychrotrophes, mais Listeria constitue un cas particulier.
Streptococcus thermophilus et Lactobacillus bulgaricus sont des exemples de bactéries lactiques thermophiles.
Psychrophiles : optimum froid ; mésophiles : optimum intermédiaire ; thermophiles : optimum chaud.
★ À maîtriser
📐 Formule - Le taux de croissance spécifique maximal à une température donnée vérifie , où est le taux optimal et le facteur de correction lié à la température, généralement compris entre 0 et 1.
Compléments
La croissance en fonction de la température suit une courbe en cloche asymétrique : les réactions enzymatiques s’accélèrent quand la température augmente dans la zone de croissance, puis le taux de croissance chute brutalement au-delà de l’optimum.
Les températures trop basses rigidifient les membranes et bloquent les transports membranaires, tandis que les températures trop élevées dénaturent les protéines, effondrent les membranes cytoplasmiques et peuvent provoquer la lyse cellulaire.
Les adaptations au froid comprennent : la cryoprotection, des transporteurs membranaires dynamiques, la modification de la fluidité membranaire, des protéines antigel, des protéines de stress froid (CSPs), des enzymes fonctionnelles à basse température
Écart à l’optimum → facteur γT réduit → croissance ralentie.
★ À maîtriser
Compléments
★ À maîtriser
📌 Les bactéries aérobies strictes nécessitent du dioxygène pour croître et respirer, tandis que les bactéries anaérobies strictes ne se développent qu’en son absence, car le dioxygène leur est généralement toxique au-dessus de 5 mM.
Les bactéries aérobies strictes utilisent O₂ comme accepteur final d’électrons pour la respiration aérobie, ne fermentent pas et peuvent détoxifier les produits toxiques de réduction de l’oxygène.
Les bactéries microaérophiles croissent à de faibles concentrations de dioxygène, mais celui-ci devient toxique à forte concentration, au-dessus de 9 mM, soit environ 2 à 10 %.
Les bactéries aéro-anaérobies facultatives utilisent l’oxygène lorsqu’il est disponible, par respiration aérobie, et peuvent vivre sans oxygène par fermentation ou respiration anaérobie.
Compléments
E. coli et Saccharomyces cerevisiae sont des exemples d’organismes aéro-anaérobies facultatifs.
Les bactéries microaérophiles peuvent être cultivées dans une jarre dont l’air est retiré puis remplacé par une atmosphère modifiée contenant 5 à 10 % de O₂, souvent avec du CO₂ et de l’azote.
Les bactéries aérobies peuvent être cultivées en oxygénant le milieu par agitation ou par bullage d’air stérile.
Les bactéries anaérobies peuvent être cultivées dans une jarre dont l’air est retiré puis remplacé par une atmosphère contenant 5 % de CO₂ et le reste d’azote, ou dans une station d’anaérobiose.
Aérobies strictes : O₂ requis ; anaérobies strictes : O₂ toxique.
★ À maîtriser
Le CO₂ dissous dans l’eau forme de l’acide carbonique et abaisse le pH ; sa diffusion à travers les membranes perturbe les échanges ioniques, provoque un déséquilibre osmotique et inhibe les enzymes métaboliques.
L’effet bactériostatique principal du CO₂ ralentit ou inhibe la croissance microbienne, mais le CO₂ seul ne garantit pas la sécurité microbiologique et doit être associé à la réfrigération et à de bonnes pratiques d’hygiène.
Le conditionnement sous atmosphère modifiée (MAP) modifie l’air normalement présent autour des aliments afin de prolonger leur durée de conservation.
Compléments
Les bactéries aérobies, les moisissures et les levures aérobies sont sensibles au CO₂, tandis que les bactéries microaérophiles y sont peu ou pas sensibles et que les aéro-anaérobies facultatives, comme Listeria, y sont très peu ou pas sensibles.
En atmosphère modifiée, l’absence d’O₂ expose les aliments à un risque de croissance des anaérobies strictes comme Clostridium.
En atmosphère modifiée, le CO₂ inhibe le développement de la plupart des bactéries aérobies et des moisissures, l’O₂ conserve une couleur fraîche et naturelle ou permet aux aliments de respirer, et le N₂ est un gaz inerte utilisé pour exclure l’air, en particulier l’O₂.
CO₂ dissous → acidification et perturbation membranaire → croissance inhibée.
★ À maîtriser
Compléments
L’épithélium intestinal constitue une barrière dynamique entre le contenu intestinal et l’organisme, exposée aux contraintes mécaniques, aux enzymes digestives et variations de pH, au microbiote et aux agents pathogènes, aux toxines alimentaires ainsi qu’à l’inflammation et aux réactions immunitaires.
Les entérocytes absorbent les nutriments, les cellules entéro-endocrines sécrètent des hormones régulant la digestion et les cellules à mucus sécrètent le mucus protecteur de la muqueuse.
Les cellules en touffe détectent les infections et déclenchent, via des cytokines, une réponse coordonnée entre cellules immunitaires et épithéliales.
Les cellules en amplification transitoire se divisent rapidement pendant quelques générations, puis se différencient.
Les cellules de Paneth sécrètent notamment du lysozyme antimicrobien et participent au maintien de la niche des cellules souches intestinales.
★ À maîtriser
📌 Les cellules souches embryonnaires sont pluripotentes et peuvent produire tous les types cellulaires, tandis que les cellules souches adultes sont multipotentes et ne produisent qu’un nombre limité de types cellulaires.
Dans la niche intestinale, les cellules de Paneth sécrètent du Wnt, qui favorise le maintien et la prolifération des cellules souches, ainsi que de l’EGF, qui favorise la prolifération et la survie.
🔄 La signalisation Wnt/β-caténine suit ces étapes : (Choi et al, 2021) : Wnt se lie au récepteur LRP5/6, le complexe de destruction se dissocie, la β-caténine s’accumule dans le cytosol puis est transloquée dans le noyau, la β-caténine active le promoteur TCF/LEF et des gènes cibles, les gènes cibles stimulent la prolifération des cellules souches LGR5 tout en maintenant leur multipotence
Dans le bas de la crypte intestinale, une forte activité Wnt et Notch favorise le maintien des cellules souches et l’amplification cellulaire.
En remontant vers la surface des villosités, le signal Wnt diminue et le BMP augmente, ce qui active la différenciation et inhibe la prolifération.
Compléments
L’œuf fécondé est totipotent et peut donner un organisme complet.
Dans la niche intestinale, le ligand de Notch exprimé par les cellules de Paneth contribue au choix entre un destin sécrétoire et un destin d’absorption.
La niche reçoit un support structurel et des signaux de la part de :
Au sommet de la villosité, les cellules intestinales en fin de vie sont éliminées par apoptose.
Trois explications sont avancées pour la diminution de la capacité régénérative : (Jemina et al, 2021) :
Wnt élevé dans la crypte → maintien et prolifération ; BMP accru vers la villosité → différenciation.
★ À maîtriser
L’insuline est la seule hormone hypoglycémiante.
🔄 L’augmentation de la glycémie déclenche cette séquence dans la cellule bêta : le glucose entre dans la cellule via GLUT, le métabolisme du glucose augmente l’ATP, les canaux KATP se ferment et la cellule se dépolarise, le Ca²⁺ augmente, l’exocytose d’insuline est déclenchée
📌 L’immunité innée constitue une première ligne de défense rapide, notamment avec les macrophages et les cellules NK, tandis que l’immunité adaptative est plus spécifique et fait intervenir les lymphocytes T et B reconnaissant des antigènes.
🔄 Le recrutement des effecteurs immunitaires se déroule ainsi : (Tomita, 2017) : les cellules présentatrices d’antigène activent les lymphocytes T CD4+, les lymphocytes T CD4+ stimulent les cellules présentatrices à sécréter des cytokines comme le TNFα, les cytokines induisent la sécrétion de chimiokines par les cellules endothéliales, les chimiokines augmentent le recrutement des cellules immunitaires et activent les lymphocytes T CD8+ cytotoxiques
Les caspases effectrices contribuent à l’apoptose en : clivant les protéines structurelles du cytosquelette, clivant des protéines nucléaires, notamment des enzymes servant à la réparation de l’ADN, activant d’autres enzymes comme les DNases
🔄 La voie extrinsèque de l’apoptose suit ces étapes : (Obeng et al, 2019) : un ligand de mort se lie au récepteur de mort, le récepteur trimérise et forme le complexe DISC avec des protéines adaptatrices, la caspase-8 est activée, la caspase-8 active les caspases effectrices 3, 6 et 7
Compléments
Les symptômes mentionnés du diabète de type 1 sont :
Les lymphocytes les plus autoréactifs sont contre-sélectionnés au cours de leur développement dans la moelle osseuse ou le thymus et éliminés afin d’éviter les attaques contre les tissus sains.
Les voies d’apoptose présentées sont : (Obeng et al, 2019) : la voie extrinsèque des récepteurs, la voie mitochondriale intrinsèque, la voie intrinsèque du réticulum endoplasmique
🔄 La voie mitochondriale intrinsèque suit ces étapes : (Obeng et al, 2019) : un stress cellulaire, un dommage de l’ADN ou un signal pro-apoptotique modifie l’équilibre entre Bcl-2, Bcl-xL, la membrane mitochondriale externe devient perméable et libère le cytochrome C, le cytochrome C, Apaf-1, le dATP et la procaspase-9 forment l’apoptosome, l’apoptosome active la caspase-9, la caspase-9 active les caspases 3, 6 et 7
CPA → lymphocytes T CD4+ → cytokines et chimiokines → recrutement des effecteurs.
★ À maîtriser
Les signaux associés à la mort des cellules bêta comprennent : (Tomita, 2017) : l’attaque des lymphocytes T CD8+ par la voie extrinsèque Fas/FasL, la cytotoxicité par libération de perforine et de granzymes, l’activation de l’expression de récepteurs de mort, les cytokines et le stress cellulaire
🔄 L’activation de Fas suit ces étapes : (Tomita, 2017) :
📌 La voie extrinsèque de l’apoptose suit la séquence signal extracellulaire → récepteur de mort → caspase-8, tandis que la voie mitochondriale intrinsèque suit signal intracellulaire → mitochondrie → cytochrome c → caspase-9.
📌 Un signal extracellulaire peut modifier le programme d’expression génique et le comportement d’une cellule bêta, la rendant plus vulnérable, sans la tuer nécessairement directement.
Compléments
Extrinsèque : signal dehors → caspase-8 ; mitochondriale : signal dedans → cytochrome c → caspase-9
★ À maîtriser
Listeria monocytogenes est ubiquitaire et peut se retrouver dans l’eau, le sol, les végétaux en décomposition et chez de nombreux animaux.
Listeria monocytogenes peut contaminer les aliments prêts à consommer et les sites de fabrication des aliments.
Le principal mode de contamination humaine par Listeria monocytogenes est l’ingestion d’aliments contaminés.
Listeria monocytogenes est sensible à la chaleur, mais peut se multiplier lentement à la température des réfrigérateurs, soit 4 °C.
Compléments
Listeria monocytogenes n’altère pas le goût des aliments, contrairement à d’autres pathogènes transmis par voie alimentaire.
En France, les aliments les plus fréquemment contaminés sont : les produits laitiers, notamment les fromages à pâte molle et au lait cru, les charcuteries, les poissons fumés, certains végétaux, la viande crue ou peu cuite
Listeria monocytogenes peut se transmettre verticalement de la mère au fœtus par le placenta.
★ À maîtriser
La listériolysine S forme des pores dans les membranes cellulaires.
La listériolysine O participe à la lyse de la vacuole d’internalisation de la bactérie et induit la dégradation d’enzymes de la cellule infectée.
Compléments
La listériolysine S a été identifiée en 2008.
La listériolysine S est produite au niveau de l’intestin.
★ À maîtriser
La structure primaire d’une protéine correspond à sa séquence en acides aminés.
Les structures secondaires des protéines sont principalement les hélices α et les feuillets β formés par les acides aminés.
La SDS-PAGE sépare des protéines dénaturées dans un gel de polyacrylamide contenant du SDS, sous l’influence d’un champ électrique, selon leur poids moléculaire.
Le Western Blot est présenté comme une méthode d’immunomarquage des protéines transférées sur membrane.
Compléments
Lors de la préparation pour la SDS-PAGE, le β-mercaptoéthanol réduit les ponts disulfures des protéines.
Lors de la SDS-PAGE, le SDS enveloppe les chaînes polypeptidiques de charges négatives et leur confère une charge globale négative.
Le traitement des protéines pour la SDS-PAGE entraîne leur dénaturation, la perte de leur structure tridimensionnelle native et la destruction des liaisons non covalentes.
Après traitement pour la SDS-PAGE, les protéines n’ont plus de ponts disulfures et se trouvent sous forme monomérique.
Le transfert sur membrane de nitrocellulose peut être suivi d’une coloration des protéines transférées au Rouge Ponceau ou au Bleu de Coomassie.
Les formats d’ELISA direct et ELISA sandwich sont présentés comme deux modalités de l’ELISA.
★ À maîtriser
L’immunocytochimie est présentée comme une méthode de détection de l’ennemi à l’intérieur des cellules.
La cytométrie en flux permet de détecter la taille et la granularité des cellules.
La cytométrie en flux permet d’évaluer l’expression d’une ou de plusieurs molécules de surface.
La cytométrie en flux permet d’évaluer l’expression de protéines intracellulaires, qu’elles soient exprimées par la cellule ou à la suite d’un transfert de gènes, comme GFP, YFP ou RFP.
Compléments
La microscopie optique et la microscopie électronique sont utilisées pour observer des isolats bactériens et des cellules trophoblastiques humaines BeWo.
La GFP, ou green fluorescent protein, est associée à une excitation à 488 nm et à une émission verte à 521 nm.
Des animaux transgéniques GFP+ et des dérivés de la GFP de différentes couleurs sont présentés comme outils d’analyse.
L’immunohistochimie et la microscopie électronique sont mentionnées pour étudier les conséquences de l’infection sur les tissus fœtaux.
Besoins en dioxygène des bactéries
| Groupe | Relation à O₂ | Croissance |
|---|---|---|
| Aérobie stricte | O₂ nécessaire | Avec O₂ |
| Microaérophile | Faible concentration requise | À faible concentration |
| Aéro-anaérobie facultative | O₂ utilisé s’il est disponible | Avec ou sans O₂ |
| Anaérobie stricte | O₂ généralement toxique | Seulement sans O₂ |
Teste tes connaissances sur Microorganismes dans les aliments avec 11 questions à choix multiples et corrections détaillées.
1. Dans une fabrication alimentaire, une souche est ajoutée pour améliorer les qualités nutritionnelles et diététiques du produit. À quelle catégorie de flore appartient-elle ?
2. Un lot de yaourt contient 8 millions de bactéries vivantes par gramme. Ce lot respecte-t-il le seuil légal indiqué pour le yaourt ?
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Quelles qualités les flores technologiques ou probiotiques améliorent-elles dans les aliments ?
Les qualités nutritionnelles et diététiques.
Que comprennent les biotechnologies ancestrales ?
Les fermentations alimentaires et la sélection animale et végétale.
Quelle bactérie lactique figure parmi les flores technologiques alimentaires ?
Lactobacillus.
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