Prendre le contrôle de la microbiologie de l'eau nécessite des données pertinentes et précises. Cet article fournit un aperçu des méthodes de détection microbienne et une plongée approfondie dans deux méthodes rapides pour quantifier les bactéries viables : letest de l'adénosine triphosphate (ATP)etle comptage des cellules intactes (ICC).
La pertinence des tests microbiologiques
Des industries aussi diverses que l'alimentation et les boissons (F&B), la production de semi-conducteurs et d'automobiles utilisent toutes de grandes quantités d'eau pour différents usages et partagent une source commune de risques et de coûts, à savoir les bactéries d'origine hydrique. Environ 25 % des pertes alimentaires mondiales sont causées par la détérioration microbienne [1]. Les bactéries ne posent pas seulement un risque potentiel pour les produits finis, mais aussi pour les employés, l'équipement et l'infrastructure. Par exemple, la corrosion influencée par les micro-organismes (MIC)entraîne des pertes d'actifs significatives et un entretien imprévu, en particulier dans l'industrie pétrolière et gazière. Les entreprises qui nécessitent de l'eau microbiologiquement stérile dans leurs processus de production engendrent des coûts énergétiques et d'entretien substantiels en raison de systèmes de recirculation d'eau étendus.
Par conséquent,de nombreuses industries nécessitent la détection et la quantification de la charge microbienne totaleainsi que de bactéries spécifiques pour réduire les coûts et les risques d'interruption des activités.
Solutions pour quantifier les bactéries dans l'eau
Le marché de la microbiologie industrielle propose de nombreux produits pour quantifier les bactéries viables (c'est-à-dire vivantes) qui reposent finalement sur seulement quelques méthodes microbiologiques pertinentes.
Pour commencer, leméthode de culture classiquequi utilise le fait qu'une seule cellule bactérienne viable peut se développer en une colonie de millions de cellules qui peuvent ensuite être vues et comptées.
Différentesméthodes basées sur des enzymes-substratsutilisent des réactions biochimiques avec des composants cellulaires pour générer un signal lumineux. Mesurer la luminosité d'une réaction enzymatique avecl'adénosine triphosphate (ATP)est une pratique courante qui sera développée davantage dans cet article de blog.
Contrairement aux méthodes de culture et aux méthodes basées sur des enzymes-substrats,la cytométrie en flux est une méthode de mesure optique qui compte directement les bactéries viablesen analysant et en comptant les signaux de fluorescence qui proviennent de la surface et de l'ADN des cellules qui ont été teintées avec des colorants émettant différentes couleurs. Un signal équivaut à une cellule bactérienne, ce qui permet de compter les cellules individuelles.
Utiliser l'ATP pour évaluer la charge microbienne
L'ATP est le carburant de toutes les cellules vivantes et donc la molécule d'énergie de base pour tous les processus cellulaires. Chaque cellule vivante contient de l'ATP intracellulaire [2], [3] qui est nécessaire pour la régulation de l'énergie stockée, la fonctionnalité des enzymes et pour la biosynthèse [2].
La méthode de culture traditionnelle pour l'analyse microbiologique est lente et manque de sensibilité car seule une fraction des cellules peut former des colonies [2]. La mesure de l'ATP ne dépend pas de la croissance bactérienne et est souvent utilisée pour examiner l'efficacité du nettoyage et pour le suivi de l'hygiène. La détection de l'ATP sur les surfaces sert d'indicateur d'un nettoyage insuffisant et de contaminants comme les bactéries [4]. Bien que les tests d'ATP soient rapides, faciles à utiliser et abordables [4], ils peuvent ne pas être suffisamment sensibles [3].
Les solutions qui estiment la quantité de bactéries par la quantification de l'ATP intracellulaire se déroulent comme suit :
- Mesurer l'ATP libre (extracellulaire)à travers le signal lumineux généré par une enzyme réagissant avec l'ATP. Plus l'intensité du signal lumineux est grande, plus l'ATP est présent.
- Mesurer l'ATP total (intracellulaire et extracellulaire), après avoir perturbé les cellules dans l'échantillon pour libérer l'ATP présent à l'intérieur des cellules (ATP intracellulaire).
- Soustraire (1) de (2) pour obtenir l'ATP intracellulaire. Ensuite, estimer le nombre de bactéries présentes dans l'échantillon en fonction de la valeur calculée pour l'ATP intracellulaire.
La différence entre l'ATP et le nombre de bactéries viables
Les cellules non intactes ou non viables ne peuvent pas générer d'ATP, ce qui rend l'ATP intracellulaire approprié pour indiquer la quantité de cellules viables [2]. Bien que des relations linéaires entre l'ATP intracellulaire et les unités formant colonie (UFC) aient été découvertes, la concentration d'ATP par cellule diffère entre les espèces bactériennes et même d'une cellule à l'autre au sein de la même espèce [2]. Inférer les concentrations de cellules bactériennes à partir des concentrations d'ATP reste un défi, en partie en raison des concentrations d'ATP qui ne sont pas uniformes à travers les cellules bactériennes [3]. Une explication à cela est que l'état physiologique d'une cellule donnée peut affecter la concentration de sa monnaie énergétique, c'est-à-dire l'ATP [3].
La concentration d'ATP dans les microorganismes varie donc en fonction de l'espèce, de la taille de la cellule et de l'état métabolique, par exemple, les spores ayant moins d'ATP [4]. Par conséquent, des corrélations contradictoires ont été trouvées entre les comptages de bactéries viables et les concentrations d'ATP [4].
Une série d'études contrôlées a en outre révélé une faible précision et reproductibilité ainsi qu'une variabilité inacceptablement grande dans les résultats des tests d'ATP [5]. De plus, des scientifiques du Centre de l'industrie alimentaire, Université métropolitaine de Cardiff ont découvert que certains dispositifs de test d'ATP pourraient être fortement dépendants de la température de fonctionnement. Ils ont également découvert que le temps écoulé entre l'activation du dispositif et la lecture du signal pourrait affecter la qualité des résultats.
Comptage de cellules uniques utilisant l'ICC
Les domaines de la surveillance de l'hygiène, du contrôle de la qualité dans l'alimentation et les boissons ainsi que des applications de recherche nécessitent une quantification précise des microbes dans l'eau, y compris leur détermination de viabilité [3].
La quantification cytométrique des cellules viables est basée sur la coloration directe des surfaces cellulaires et de l'ADN, qui émettent ensuite un signal de fluorescence analysé dans un cytomètre de flux. Grâce à cette quantification directe des cellules présentes dans un échantillon, les résultats sont directement liés à la présence de cellules entières et sont indépendants de l'état et de la taille des cellules. Comparé à la méthode traditionnelle, les résultats sont également indépendants de la croissance bactérienne. Ainsi, la détection bactérienne par cytométrie de flux fournit un résultat quantitatif et précis, éliminant le risque de manquer une population cellulaire inactive qui pourrait éventuellement causer une contamination.
Réalisation de tests ICC sur rqmicro.COUNT
La technologie basée sur la cytométrie de flux de rqmicro vous permet de quantifier rapidement et avec précision les cellules bactériennes, y compris les VBNC, en moins d'une heure et au même prix que les tests ATP. Avec l'instrument portable rqmicro.COUNT, vous obtenez des résultats fiables concernant la charge microbienne de votre eau à des points de contrôle critiques, facilitant ainsi les mesures de contrôle de la qualité. En plus du comptage des cellules intactes (viables) et total (viables + mortes), la méthode rqmicro peut détecter des pathogènes spécifiques (Escherichia coli, Legionella) au moyen des kits de test appropriés. Les mesures d'ATP, en revanche, ne permettent pas une telle détection et quantification spécifiques.
En tant qu'outil fiable fournissant des informations pertinentes sur votre système d'eau, rqmicro.COUNT vous permet d'évaluer rapidement l'efficacité des mesures de nettoyage. Par conséquent, rqmicro.COUNT fera progresser la surveillance de l'hygiène et vous aidera à maintenir l'eau et les produits finis en sécurité.
Contactez notre représentant commercial pour une consultation gratuite sur notre solution.
Références :
[1] Papkovsky, Dmitri B., et Joseph P. Kerry. "Respirométrie basée sur des capteurs d'oxygène et le paysage des méthodes de test microbien applicables aux matrices alimentaires et aux boissons."Capteurs23.9 (2023) : 4519.
[2] Bottari, Benedetta, Marcela Santarelli, et Erasmo Neviani. "Détermination de la charge microbienne pour différentes boissons et denrées alimentaires par évaluation de l'ATP intracellulaire."Tendances en science et technologie alimentaires44.1 (2015) : 36-48.
[3] Hammes, Frederik, et al. "Mesure et interprétation de l'adénosine tri-phosphate (ATP) microbien dans les environnements aquatiques."Recherche sur l'eau44.13 (2010) : 3915-3923.
[4] Bakke, Mikio. "Une analyse complète des tests d'ATP : utilisation pratique et progrès récents dans le test total d'adénylate pour le suivi efficace de l'hygiène."Journal de la protection alimentaire85.7 (2022) : 1079-1095.
[5] Whiteley, Greg S., et al. "Le problème perpétuel de la variabilité dans les tests d'adénosine triphosphate (ATP) pour le suivi de l'hygiène dans les milieux de soins de santé."Contrôle des infections et épidémiologie hospitalière36.6 (2015) : 658-663.
[6] Sousi, Mohaned, et al. "Comparaison du potentiel de croissance bactérienne de l'eau potable à ultra-faible teneur en nutriments évalué par des tests de croissance basés sur le comptage cellulaire intact par cytométrie de flux par rapport à l'adénosine triphosphate."Recherche sur l'eau203 (2021) : 117506.
[7] Kong, Xiujuan, et al. "Des écarts considérables entre les méthodes de détection HPC, ATP et FCM dans l'évaluation de l'efficacité de désinfection des bactéries Gram-positives et négatives par rayonnement ultraviolet et chlorination."Dessalement et traitement de l'eau57.37 (2016): 17537-17546.