Santé

Les contaminants chimiques ou microbiens des aliments

Dossier - Alimentation, nutrition et santé
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L'amélioration de l'alimentation humaine passe par une meilleure valorisation des produits agricoles. Face au défi permanent de la sécurité alimentaire, et la qualité nutritionnelle, il faut connaître les matières premières alimentaires.

  
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Qu'ils soient de nature microbienne ou chimique, les contaminants des aliments constituent un danger majeur pour la santé humaine et animale. La sécurité des produits alimentaires est devenue un enjeu planétaire qui s'est largement médiatisé avec l'apparition de toute une série de crises alimentaires comme l'ESB (maladie de la « vache folle ») ou la tremblante du mouton. Les bactéries pathogènes constituent également un problème de santé publique considérable. Les contaminants chimiques ont des répercussions sur la santé, impliquant notamment le système hormonal ou entraînant l'apparition de cancers hormono-dépendants. Les recherches en cours devraient permettre d'avancer vers la connaissance de la nature des contaminants, leur mode d'action, leurs répercussions sur la santé et finalement vers une politique de prévention.

Les contaminants sont, par définition, des substances indésirables présentes dans l'alimentation. Une substance chimique ou un agent microbien ne devient contaminant que lorsqu'il comporte un risque pour la santé. Les contaminants chimiques proviennent soit de la pollution industrielle, soit de pratiques mal maîtrisées de l'agriculture, de la transformation des aliments et des substances naturelles. Les contaminants microbiens sont variés et leurs effets sont bien connus ; ils varient de la simple éruption cutanée jusqu'au décès. Citons entre autres les salmonelloses, la listériose, les gastrites dues à Helicobacter pylori, les stérilités dues à Chlamydia, la tuberculose, les diarrhées, ou les mycotoxines ...

1°) Etude des mécanismes infectieux de certaines bactéries pathogènes

La solution serait le développement de vaccins efficaces et faciles d'utilisation. Mais les bactéries pathogènes à développement intracellulaire posent des problèmes spécifiques à l'hôte lors de la réponse immunitaire. Certaines de ces bactéries évitent la réponse immunitaire et se développent de façon chronique. La tuberculose est le cas le mieux documenté, la brucellose appartenant à cette catégorie. La conséquence simple est la difficulté rencontrée pour concevoir des vaccins efficaces.

Invasion de macrophage (THP-1) par B. suis vue au microscope électronique à balayage. © Inserm

L'UMR Microbiologie et pathologie cellulaire infectieuse cherche à définir, en termes moléculaires, les mécanismes de l'infection et de la réponse immunitaire. Pour atteindre cet objectif, l'unité étudie les gènes de Brucella nécessaires à la multiplication dans le macrophage et identifie leurs cibles cellulaires. Elle cherche à mieux comprendre comment Brucella pénètre et se multiplie dans les cellules et évite l'attaque du système immunitaire. L'unité appréhende les mécanismes moléculaires en cause qui permettraient d'interférer efficacement avec l'infection. Le contrôle des mécanismes bactériens qui conduisent à un évitement de la réponse immunitaire de l'hôte est essentiel notamment pour espérer mettre au point un vaccin efficace.

Obtention in vitro de la forme pathogène de la protéine-prion

La protéine-prion, sous sa forme pathologique (état amyloïde), est associée à des affections neurodégénératives, notamment l'encéphalopathie spongiforme bovine. Elle existe chez tous les mammifères sous sa forme « normale ». Ni sa fonction physiologique exacte, ni les mécanismes impliqués dans sa transformation en agent pathogène, ne sont actuellement connus. Jusqu'à présent, l'utilisation de la chaleur ou d'un agent chimique n'a pas permis d'obtenir in vitro la forme infectieuse de cette protéineDifférents états amyloïdes ont été formés mais aucun n'avait les propriétés infectieuses de ceux trouvés chez les malades. Le changement de structure in vivo requiert en effet des conditions particulières difficiles à reproduire. Des travaux menés par l'UMR Microbiologie et pathologie cellulaire infectieuse ont révélé l'existence de « paysages énergétiques » et de nombreux chemins alternatifs accessibles dans certaines conditions physico-chimiques.

Fibre amyloide obtenue sous pression . © Jean-Pierre Liautard - IUMR Microbiologie et pathologique cellulaire infectieuse

Des hautes pressions utilisées pour perturber le paysage énergétique de la protéine-prion, associées à une analyse spectrale d'absorption UV révèlent l'existence d'une multitude de structures intermédiaires possibles entre la protéine-prion normale et celle transconformée. En modifiant les conditions de températures, de pH et de pression, les chercheurs parviennent à privilégier la formation de l'une ou l'autre de ces structures, les stabiliser ou inverser leur formation. Ils ont ainsi obtenu une structure pré-amyloïde et une structure agrégée en fibres amyloïdes, similaire à la structure pathologique observée dans le cerveau des malades.

Des expériences sur l'animal sont en cours et devraient permettre de confirmer si ces structures sont infectieuses. Ces recherches ouvrent des perspectives thérapeutiques pour des pathologies neurodégénératives toujours incurables.

2°) Etude des protéines-prions, agents des encéphalopathies spongiformes subaiguës transmissibles

Les encéphalopathies spongiformes subaiguës transmissibles ou maladies à prions forment un groupe d'affections neurodégénératives. Chez l'homme, elles prennent la forme de la maladie de Creutzfeldt-Jakob et chez l'animal, de la scrapie (tremblante de mouton) et de l'encéphalopathie spongiforme bovine (maladie de la vache folle). Ces maladies ont comme particularité unique d'avoir une transmission à la fois génétique et infectieuse. La nature de leur agent infectieux n'est pas déterminée avec certitude mais il est acquis que la protéine du prion (PrP) joue un rôle essentiel dans leur transmission. La PrP et les prions représentent ainsi un modèle unique de transmission d'une information conformationelle dont les mécanismes sont encore incompris tout comme d'ailleurs la fonction normale et pathologique de la protéine.

Les recherches menées par l'UMR Microbiologie et pathologie cellulaire infectieuse ont permis le brevet d'une méthode d'élimination de l'agent infectieux des maladies à prions dans les farines animales contaminées et son application est actuellement en cours de développement. Plus fondamentalement, la nature de l'agent infectieux prion et la fonction de la protéine normale dans les cellules lymphoïdes sont en cours d'identification. La protéine peut être produite par E. coli recombinée. Elle a été séquencée et elle est identique à la protéine cellulaire de l'ESB (encéphalopathie spongiforme bovine). Cette protéine pourra être utilisée pour produire des anticorps spécifiques de la forme infectieuse et être mise à profit pour développer un kit de diagnostic. Parallèlement, le prion de la tremblante du mouton est étudié ainsi que la susceptibilité génétique de l'espèce. Plusieurs animaux modèles d'études ont été validés pour ces recherches (hamster, microcèbe et souris).

Le programme de Biologie des encéphalopathies spongiformes transmissibles de l'Institut de Génétique Humaine comprend trois axes principaux de recherche. La biologie cellulaire et le métabolisme de la PrP normale et pathologique sont étudiés ainsi que les mécanismes qui induisent la neurodégénérescence, élément central des maladies à prions. La recherche de la transmission des prions entre les cellules et plus généralement entre les espèces, est fondamentale pour comprendre les mécanismes de la conversion pathologique de la PrP. Enfin, l'effet de différentes « drogues » sur la réplication des prions est testé en culture et in vivo. Des approches de thérapie cellulaire et génique testées in vivo sont également développées.

3°) Etude du comportement des matériaux plastiques mis au contact des denrées alimentaires

Quand un aliment est mis au contact d'un matériau, il peut s'établir entre eux des interactions conduisant à des échanges de matière. Ces phénomènes, appelés migrations, sont quelquefois volontairement recherchés (ex. vieillissement du vin en fût de chêne) mais apportent souvent des défauts organoleptiques (ex. goût de bouchon) ou sanitaires (ex. enrichissement en plomb d'aliments). Citons également le vin résineux grec ou les sardines contenues dans des boîtes en étain dont les déviations organoleptiques dues à des interactions sont adoptées par le consommateur.

Par souci sanitaire, les pouvoirs publics mirent rapidement en place une réglementation (dès le 28 juin 1912 en France par un arrêté). Celle-ci évolue sans cesse et tente de s'adapter à l'apparition de nouveaux matériaux. Une réglementation seule ne peut être totalement efficace et il est nécessaire, pour assurer la sécurité du consommateur, de comprendre les mécanismes en jeu dans les phénomènes d'interactions avant de proposer des solutions aux industriels et aux utilisateurs.

Les thèmes abordés par le laboratoire de chimie analytique sont l'étude des résines époxydes destinées à recouvrir les cuves à vin, les châteaux d'eau et les canalisations ; le développement de méthodes d'évaluation du potentiel migratoire de matériaux polymères destinés au contact avec l'eau et l'absorption d'arômes par des matériaux plastiques. Des conclusions ont été formulées en matière de relations structure / migration, comportement du matériau en vieillissement au contact de l'eau chaude et d'irradiation, d'amélioration des techniques officielles de suivi des migrations par l'utilisation de techniques d'extraction telles que l'extraction solide/liquide, la microextraction en phase solide ou la désorption thermique.