Antibactériens et antifongiques naturels

Projet intitulé:

Exploitation de l’activité antibactérienne et antifongique des hydrolysats de protéines de lactosérum

Faits saillants

• Le développement de nouveaux agents antimicrobiens naturels susceptibles de réduire l’incidence des pathogènes dans les aliments et de prolonger leur durée de vie, demeure une urgence dans le secteur alimentaire notamment le secteur laitier.

Objectifs

Dans le présent projet, les objectifs spécifiques suivant ont été établis.

• 1. Préparer et caractériser des fractions peptidiques issues de l’hydrolyse enzymatique des protéines de lactosérum. Deux approches ont été explorées.
• 2. Identifier des fractions peptidiques pour leur activité antibactérienne et antifongique contre des microorganismes problématiques pour le secteur laitier.
• 3. Mettre au point un procédé pilote de fractionnement par nano-filtration (NF) de l’hydrolysat trypsique afin de préparer des extraits enrichis en peptides antimicrobiens.
• 4. Valider les propriétés anti-Listeria de l’extrait peptidique dans des caillés modèles de fromage Cheddar.

Résultats et bénéfices potentiels

• Identification des fractions peptidiques à activité antimicrobienne :
  • Parmi les fractions issues de l’hydrolyse trypsique, seule la fraction acide s’est révélée très active contre les microorganismes testés. Cette activité était plus marquée chez les souches modèles indicatrices (4-logs de réduction) que chez les souches pathogènes (1-log). De plus, Listeria semble être plus sensible qu’E. coli. L’activité inhibitrice de cette fraction peut donc être considérée comme significative puisque cette fraction est constituée d’un mélange hétérogène de peptides.
  • Dans le cas de l’hydrolyse pepsique, quatre fractions se sont révélées très actives. L’analyse de l’une de ces fractions a permis l’identification de nouvelles séquences antimicrobiennes avec des concentrations minimales inhibitrices inférieures à 30 ng/ml.
  • Finalement, l’analyse de l’activité biologique des différents extraits fromagers a permis de démontrer que ceux obtenus à partir du mozzarella et du gouda ont montré les activités inhibitrices les plus marquées. Il s’agit souvent d’une activité de type bactériostatique avec des réductions microbiennes variant de 0 à 5-logs. Cette activité inhibitrice a été plus marquée contre les bactéries Gram positif. Des réductions de 4 et 3 logs de L. monocytogenes ont été obtenues avec la mozzarella et le gouda, respectivement.
• Identification et caractérisation des peptides actifs :
  • La caractérisation par LC-MS de la fraction acide issue de l’hydrolyse trypsique d’un concentré de protéines de lactosérum a révélé la présence de certains peptides issus de la β-lactoglobuline qui seraient responsables de l’activité antimicrobienne observée avec le mélange peptidique. Il s’agit de peptides chargés négativement avec des pI inférieurs à 4,5.
• Mise au point d’un procédé de fractionnement :
  • Les résultats ont démontré que le rétentat de la NF possédait l’activité inhibitrice la plus importante envers les souches bactériennes testées. La caractérisation par LC-MS de la composition en peptides des différents extraits a démontré que l’activité antimicrobienne du rétentat de la NF semble être associée à sa richesse en peptides anioniques composés de plus de huit acides aminés. Cette hypothèse a été ensuite validée en comparant l’activité antimicrobienne de deux peptides anioniques, β-Lg f84-91 et β-Lgf125-135, au peptide cationique β-Lg f36-42 utilisé comme contrôle. Les résultats ont démontré que les peptides anioniques étaient plus actifs contre les bactéries Gram positif (L. monocy-togenes, S. aureus) que Gram négatif (E. coli0157:H7). L’activité antimicrobienne du peptide β-Lg f125-135 était plus élevée que celle du peptide β-Lg f84-94, suggérant que le nombre de charges négatives sur les peptides pourrait être un facteur important pour leur efficacité contre les bactéries Gram positif.
• Validation dans des matrices fromagères :
  • L’activité antimicrobienne du rétentat de la NF a été validée dans un caillé modèle contre L. monocytogenes. Cette activité était plus élevée à 30°C qu’à 4°C. De plus, les fromages préparés avec le rétentat de la NF et 1,75% sel/humidité, incubés durant 7 jours à 30°C,ont présenté une plus faible croissance de Listeria. Ces résultats suggèrent que les peptides antimicrobiens issus des protéines de lactosérum pourraient être utilisés comme agent de conservation naturel pour contrôler la croissance de L. monocytogenes dans les fromages Cheddar à teneur réduite en sel.
• Applications :
  • Plusieurs résultats originaux ont été générés dans le cadre de ce projet. De nouveaux peptides antimicrobiens ont été identifiés à partir de différentes matrices laitières. Leur spectre d’action antibactérien et antifongique a été déterminé et leur efficacité à inhiber des pathogènes alimentaires a été validée dans une matrice fromagère. Ces résultats confirment le grand potentiel d’applications de ces molécules biologiques à activité antimicrobienne non seulement dans le domaine alimentaire mais également dans d’autres domaine comme celui de la santé. Pour le secteur laitier, les retombées seront d’autant plus importantes dans le contexte actuel où le recours aux additifs traditionnels fait de moins en moins l’unanimité. De plus, la mise en évidence de propriétés antibactériennes et antifongiques des protéiques du lactosérum et leurs peptides permettra de développer de nouveaux produits à haute valeur ajoutée après une simple hydrolyse de sous-produits du lactosérum.

Partenaires financiers

Entente de collaboration pour l’innovation en production et transformation laitières (ECI2005-2011) :

• Agriculture et Agroalimentaire Canada
• Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies
• Ministère de l’Agriculture, des Pêcheries et de l’Alimentation du Québec
• Novalait inc