Cartographie des agents pathogènes environnementaux grâce au séquençage de l'ADN

Un changement de donne pour la sécurité alimentaire et le contrôle de la qualité

Des voyages dans l'espace à la transformation des aliments, le séquençage de l'ADN n'est plus depuis longtemps le domaine exclusif de la science médicale. Aujourd'hui, une technologie compacte et abordable permet également aux entreprises alimentaires de cartographier leur environnement et leurs produits d'une manière sans précédent. Paco Hulpiau, maître de conférences en bio-informatique et coordinateur de la recherche en sciences de la vie à Howest, nous guide à travers les possibilités offertes par la technologie du séquençage et explique clairement pourquoi le secteur devrait embrasser cette avancée.

Ne pas se contenter de détecter les problèmes, mais les devancer

C'est un problème qui touche tôt ou tard de nombreuses entreprises alimentaires: des agents pathogènes environnementaux tels que la listeria et la salmonelle se cachent dans des zones humides et difficiles d'accès de l'usine. Ils sont persistants, difficiles à détecter et dangereux pour la santé publique. Les méthodes de détection traditionnelles atteignent souvent leurs limites. Ceux qui veulent aller au fond des choses et prévenir la récurrence d'une infection doivent savoir à quelle souche ils ont affaire et comment elle se propage.

La réalité du risque est également démontrée par les chiffres des inspections. En 2024, l'AFSCA a analysé quelque 8.000 échantillons pour détecter la présence de listeria monocytogenes. Bien que 99,4% des résultats soient conformes, cela montre qu'une vigilance permanente reste nécessaire. L'industrie effectue déjà des milliers de contrôles, mais comme l'a également souligné l'agence européenne de sécurité alimentaire EFSA, des méthodes analytiques avancées telles que le séquençage du génome entier permettent de détecter les contaminations plus rapidement, plus précisément et de manière plus ciblée.

L'intérêt pour le séquençage croît donc rapidement. Les chaînes de production deviennent plus complexes, les consommateurs attendent plus de transparence et la tolérance de la société à l'égard des incidents alimentaires est extrêmement faible. Dans le même temps, les micro-organismes deviennent de plus en plus imprévisibles: les variantes, les résistances et les contaminations persistantes exigent des connaissances plus approfondies. Dans ce contexte, le séquençage de l'ADN constitue un outil précieux. Non seulement pour détecter les problèmes, mais aussi pour les anticiper.

Qu'est-ce que le séquençage exactement?
Paco Hulpiau, maître de conférences en bio-informatique et coordinateur de la recherche en sciences de la vie à Howest: "Le séquençage consiste à cartographier le code ADN d'un organisme. Sur la base de ce code génétique unique, il est possible de déterminer à quel organisme on a affaire. Il peut s'agir d'une bactérie, d'un champignon, d'une levure, d'une plante ou d'un animal. Dans le secteur alimentaire, par exemple, il est important de savoir si l'on a affaire à une bactérie dangereuse comme la listeria ou à une espèce inoffensive. L'analyse de l'information génétique permet de faire cette distinction."

Pourquoi est-ce si important dans le contexte alimentaire?
"Parce que cette distinction permet de prendre des décisions ciblées et éclairées. Vous savez non seulement ce qui est présent dans votre usine ou votre produit, mais aussi où il se trouve, comment il se propage et s'il constitue une menace pour la santé publique. C'est essentiel pour la sécurité alimentaire, la traçabilité et le contrôle de la qualité.

Quelles sont les technologies existantes pour effectuer le séquençage?
"Il existe trois générations de technologies de séquençage. La première génération est le séquençage Sanger classique, qui a pris des années pour cartographier le génome humain, par exemple. La deuxième génération, avec des acteurs comme Illumina, est beaucoup plus rapide et relativement bon marché, mais elle se limite à la lecture de courts fragments d'ADN, d'environ 100 paires de bases. L'ADN est composé de quatre éléments constitutifs ou bases: A, T, C et G. On peut les comparer à des lettres. Deux lettres forment toujours ensemble une 'paire de bases', comme dans une fermeture éclair, où A est toujours lié à T et C à G."

Ceux qui veulent aller au fond des choses et prévenir les récidives doivent savoir à quelle souche ils ont affaire et comment elle se propage

"Les technologies de troisième génération, dont Oxford Nanopore Technologies et Pacific Biosciences, peuvent lire de longs fragments d'ADN, souvent des milliers ou des dizaines de milliers de lettres du code ADN. Cela ouvre vraiment de nouvelles possibilités, y compris pour les entreprises. Les lectures longues sont non seulement plus efficaces à analyser, mais elles permettent également de détecter des régions manquantes dans l'ADN. En outre, elles permettent d'identifier rapidement et précisément un organisme et de déterminer s'il est pathogène ou résistant à certains antibiotiques, par exemple."

Qu'est-ce qui rend la technologie d'Oxford Nanopore si intéressante?
"Elle est rapide, abordable et mobile. Il existe des appareils de la taille d'un téléphone portable qu'il suffit de connecter à un ordinateur portable via USB - la NASA a déjà travaillé avec eux dans l'espace - et ils peuvent tout aussi bien être utilisés pour séquencer des bactéries dans une usine alimentaire. Pour environ 90 euros, sans compter les réactifs, vous pouvez déjà acheter une petite cellule de flux. Il s'agit d'une fine plaque que l'on insère dans l'appareil pour lire l'ADN et cartographier une bactérie entière. Avec des cellules de flux un peu plus chères - à partir de 900 euros - vous pouvez également séquencer des levures et des champignons ou plusieurs échantillons à la fois. Il s'agit donc d'un produit accessible en termes de prix."

Comment un tel dispositif fonctionne-t-il exactement?
À la base, il s'agit de canaux protéiques, appelés nanopores. Les molécules d'ADN sont tirées à travers ces canaux. Lorsque la molécule passe, elle provoque de petites perturbations dans un courant électrique. En fonction de la perturbation, on sait quelle base - A, C, G ou T - passe à ce moment-là. Le système lit jusqu'à 400 bases par seconde, en temps réel. Et grâce à des nanopores améliorés, nous pouvons même lire les morceaux d'ADN deux fois, ce qui augmente la précision à plus de 98%.

Une entreprise alimentaire peut-elle utiliser un tel appareil seule, ou a-t-elle toujours besoin d'être guidée?
"Il peut faire les deux. Il faut un minimum de compétences en laboratoire pour prélever correctement les échantillons, extraire et purifier l'ADN, et charger l'échantillon sur l'appareil. Les grandes entreprises comme Puratos possèdent ces connaissances et ces compétences. Les petites entreprises peuvent fournir des échantillons à un laboratoire commercial ou collaborer avec nous dans le cadre de projets de service ou de recherche. Nous proposons également des formations pour aider au démarrage. Bien que la technologie soit suffisamment mobile pour être utilisée sur place, la plupart des analyses se font encore en laboratoire."

Quelles applications voyez-vous déjà dans l'industrie alimentaire aujourd'hui?
"Une application très concrète est la surveillance de l'environnement. Dans le cadre d'un projet récent, nous avons examiné une usine de légumes pour y détecter la présence de listeria. En prélevant des échantillons à différents endroits et à différents moments, nous avons pu vérifier s'il s'agissait de la même souche grâce au séquençage. Cela permet de savoir si une contamination se propage ou si elle est présente depuis longtemps. Cela permet d'obtenir des informations beaucoup plus approfondies que les analyses de culture classiques."

Que peut-on faire d'autre avec le séquençage?
"Nous pouvons également déterminer si une bactérie est résistante aux antibiotiques. Certains gènes de résistance se trouvent dans des plasmides, des structures d'ADN distinctes dans les bactéries. Grâce au séquençage, nous pouvons également cartographier ces plasmides. Dans le secteur de la viande ou lors du contrôle de la qualité de l'eau, il faut penser à la réutilisation de l'eau de traitement, ce qui constitue une valeur ajoutée. Il est également possible de vérifier l'authenticité des ingrédients, comme les types de fleurs dans les mélanges de thé importés, ou les micro-organismes dans un processus de fermentation de la bière. La technologie peut également aider à découvrir des micro-organismes nouveaux ou inconnus, contribuant ainsi au contrôle de la qualité et à l'innovation."

Combien de temps faut-il pour effectuer une analyse, de l'échantillon au résultat?
"L'échantillonnage lui-même peut être effectué assez rapidement. Vient ensuite le travail de laboratoire: extraction, purification et préparation de l'ADN. Cela prend quelques heures. Ensuite, nous chargeons l'échantillon sur l'appareil, généralement dans la soirée. Le lendemain matin, nous disposons déjà de suffisamment de données. La bioinformatique, l'analyse des données, se fait généralement en moins d'une heure, surtout si l'on travaille avec une base de données de référence ciblée. Dans ce cas, on ne recherche que des pathogènes connus comme la listeria ou la salmonelle, et non l'encyclopédie complète de la vie."

"Les lectures longues sont non seulement plus efficaces à analyser, mais elles permettent également de détecter des régions manquantes dans l'ADN"

Avez-vous un exemple de cas concret?
"Outre l'usine de légumes, nous avions aussi une brasserie qui développait une nouvelle bière. Dans cette bière, non seulement la levure, mais aussi une bactérie spécifique jouaient un rôle dans l'arôme et le goût. Nous avons analysé une bouteille pour identifier génétiquement cette bactérie. Il ne s'agit pas de sécurité alimentaire, mais plutôt de développement de produits: vous voulez comprendre ce qui rend le produit unique."

L'analyse de l'eau a-t-elle également des applications dans les entreprises alimentaires?
"Absolument. Les entreprises souhaitent de plus en plus réutiliser l'eau, par exemple pour rincer les légumes. Il est alors important que l'eau réutilisée ne contienne pas de bactéries dangereuses ou de micro-organismes produisant des toxines. Là encore, le séquençage est précieux, car il permet d'avoir une vue d'ensemble: on ne détecte pas seulement s'il y a des bactéries, mais aussi lesquelles."

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Le séquençage deviendra-t-il obligatoire?
"Les autorités européennes chargées de la sécurité alimentaire recommandent déjà le séquençage comme méthode aujourd'hui. À partir de la mi-2026, les États membres de l'Union européenne seront tenus de recourir au séquençage du génome entier (WGS) dans le cadre des enquêtes sur les épidémies pour les isolats présents dans les exploitations touchées, comme le prévoit le règlement (UE) 2025/179 adopté en janvier 2025. Je m'attends à ce qu'il devienne à terme un élément obligatoire de la politique générale de surveillance. L'avantage est qu'elle permet d'obtenir beaucoup plus d'informations que les techniques classiques. Et ceux qui s'y mettent dès maintenant ont une longueur d'avance."

Conseilleriez-vous aux entreprises de commencer le séquençage dès maintenant?
"Absolument. Il n'est pas nécessaire de tout faire soi-même tout de suite. Commencez par un échantillon, travaillez avec un partenaire, voyez ce qui est possible. Le séquençage permet de mieux comprendre, d'étayer les décisions et de résoudre les problèmes plus rapidement. C'est un avantage pour toute entreprise qui travaille dans le domaine de l'alimentation."

Et à long terme?
"Je pense que le séquençage deviendra un élément standard de la politique de qualité. Les entreprises peuvent constituer une biobanque d'isolats qu'elles collectent au fil des ans. Des années plus tard, on peut se demander s'il s'agit toujours de la même souche, s'il s'agit d'une nouvelle contamination ou d'une contamination ancienne. S'agit-il d'une nouvelle contamination ou d'une souche ancienne qui réapparaît? C'est ainsi que l'on peut travailler à l'acquisition de connaissances et à la prévention."

Lire aussi: "Surveillance de la Listeria: l'innovation au service d'une chaîne alimentaire plus sûre"

Vous voulez en savoir plus sur le séquençage?
Les entreprises qui souhaitent explorer ce que le séquençage de l'ADN pourrait signifier pour leurs opérations peuvent toujours se tourner vers le centre d'expertise de Howest par le biais du "programme Blikopener." En outre, des projets à bas seuil peuvent être lancés avec le soutien de VLAIO, y compris des conseils sur mesure.