Nouvelles connaissances sur la stabilité gastrointestinale et la toxicité de bactériocines pour des applications potentielles dans les secteurs alimentaire, médical et vétérinaire

Samira Soltani ^1*, Séverine Zirah ², Sylvie Rebuffat ² , Eric Biron ³, Yvan Boutin ⁴ Frédéric Couture ⁴,  Muriel Subirade ^1,5, Ismail Fliss ^1,5

¹ Food science department, Food and agriculture faculty, Laval University, Quebec, Quebec, Canada; ² Muséum National d’Histoire Naturelle, Centre National de la Recherche Scientifique, Laboratory  Molecules of Communication and Adaptation of Microorganisms (MCAM), UMR 7245 CNRS-MNHN, CP 54, 57 rue Cuvier 75005, Paris, France; ³ Faculty of Pharmacy, Laval University, Quebec, Quebec, Canada ; ⁴  TransBIOTech, 201 Rue Mgr Bourget, Lévis, Quebec, Canada G6V 6Z9; ⁵ Institute of Nutrition and Functional Foods, Laval University, Quebec, Quebec, Canada

Introduction: Au cours des dernières décennies, les bactériocines ont reçu un intérêt considérable pour leurs utilisations dans les secteurs alimentaire, vétérinaire et médical. L’approbation de l’utilisation de ces composés antimicrobiens naturels pour différentes applications repose toutefois sur une évaluation stricte de leur toxicité. Bien que l’activité inhibitrice des bactériocines ait été largement étudiée, très peu de données sont disponibles sur leur comportement dans l’environnement gastrointestinal et sur leur toxicité pour les différentes applications ¹.

Objectif: Dans cette étude, différents modèles in vitro ont été utilisés pour obtenir des données scientifiques et un portrait complet de la stabilité gastrointestinale et de la toxicité orale et cutanée (cytotoxicité, sensibilisation cutanée et irritabilité cutanée) de bactériocines sélectionnées, à savoir la microcine J25, la pédiocine PA-1, la nisine Z et la bactofencine A.

Méthodes: Toutes les bactériocines ont été produites à un haut degré de pureté. Leur activité antimicrobienne a été mesurée à l’aide de tests de diffusion sur gélose et de microtitration. La stabilité gastrointestinale des bactériocines sélectionnées a été évaluée in vitro à l’aide d’un modèle simulant les conditions digestives chez l’humain selon le protocole INFOGEST². Leur activité hémolytique sur les érythrocytes de rats a été évaluée et leur interaction avec les cellules épithéliales (cellules Caco-2) a été étudiée par dosage colorimétrique de la LDH.Leur cytotoxicité cutanéea été étudiée par des tests de libération de rouge neutre et de LDH sur des cellules Kératinocytes Épidermiques Humains Normaux (NHEK). Leurs potentiels de sensibilisation et d'irritation cutanées ont été déterminés en utilisant respectivement le test d’activation de la lignée cellulaire humaine  (h-CLAT)³ et le modèle épidermique humain EpiDerm™ (EPI-200)⁴ . 

Résultats: La pédiocine PA-1, la bactofencine A et la nisine ont été dégradées lors du transit gastrointestinal, tandis que la microcine J25 n’a été que partiellement dégradée. D’autre part, les bactériocines sélectionnées n’ont montré aucun effet cytotoxique sur les cellules Caco-2, et n’ont pas eu d’effet sur l’intégrité des membranes cellulaires à des concentrations jusqu’à 400 μg/mL. L’étude de l’activité hémolytique a permis de montrer que la pédiocine PA-1, la bactofencine A, et la nisine provoquaient la lyse des érythrocytes de rats à des concentrations supérieures à 50 μg/mL, tandis que la microcine J25 n’avait pas d’effet sur ces cellules. La viabilité des cellules NHEK et l’intégrité des membranes n’ont pas été affectées par leur exposition aux bactériocines à des concentrations jusqu’à 400 µg/mL. De plus, la microcine J25 n’a provoqué aucune sensibilisation cutanée à des concentrations jusqu’à 100 µg/mL, tandis que la pédiocine PA-1, la bactofencine A, et la nisine Z ont provoqué une sensibilisation à des concentrations supérieures à 100 µg/mL. La viabilité des tissus n’a pas été affectée en présence de ces bactériocines à des concentrations allant jusqu’à 200 µg/mL.

Conclusion: Cette étude fournit des preuves scientifiques que la pédiocine PA-1, la bactofencine A, et la microcine J25 peuvent être utilisées en toute sécurité pour des applications dans les secteurs alimentaire, médical et vétérinaire.

1.   Soltani, S.;  Hammami, R.;  Cotter, P. D.;  et al., Bacteriocins as a new generation of antimicrobials: Toxicity aspects and regulations. FEMS Microbiol Rev 2020.
2.   Brodkorb, A.;  Egger, L.;  Alminger, M.;  et al., INFOGEST static in vitro simulation of gastrointestinal food digestion. Nat Protoc 2019,14 (4), 991-1014.
3.   OECD, Test No. 442E:In Vitro Skin Sensitisation: Human Cell Line Activation Test (h-CLAT). OECD Publishing: 2016.
4.   OECD, T. N., 439: In vitro skin irritation: Reconstructed human epidermis test method. OECD Guidel Test Chem Sect 2019,4.