CLOSTRIDIUM BOTULINUM 
Importance et aspects historiques Clostridium botulinum ainsi que d'autres espèces du genre
Clostridium (
Clostridium argentinense,
Clostridium baratii,
Clostridium butyricum)
produisent ou peuvent produire des toxines protéiques. Ces toxines, au
nombre de sept et désignées par les lettres A à G, diffèrent par leurs
propriétés antigéniques, mais leurs activités biologiques sont
identiques. Ces toxines sont responsables, chez l'homme et chez
l'animal, d'une maladie connue sous le nom de botulisme et caractérisée
par des paralysies flasques. Dans les conditions naturelles, le
botulisme résulte de l'ingestion de toxines préformées dans un aliment
contaminé (intoxination) ou de la multiplication dans l'intestin ou dans
une plaie de souches produisant des toxines (toxi-infection).
Les neurotoxines botuliques sont les toxines les
plus puissantes connues et, après ingestion, la dose létale pour
l'homme, est estimée à 0,1-1 µg pour la toxine botulique A. Un exemple
théorique montre qu'un seul gramme de toxine, disséminé et inhalé,
pourrait tuer plus d'un million de personnes. Du fait de cette extrême
toxicité, les toxines botuliques peuvent constituer des armes
biologiques (dispersion de la toxine par aérosols ou contamination
volontaire d'un réseau d'eau potable).
De manière un peu paradoxale, l'utilisation
potentielle des toxines botuliques dans des actes de malveillance
connaît un regain d'intérêt à une époque où ces toxines sont utilisées
pour le traitement des maladies caractérisées par une hyperactivité
musculaire ou pour supprimer les rides.
L'ingestion de boudins ou de saucisses était une
cause fréquente de neuro-intoxination d'où le nom de botulisme donné à
la maladie (en latin,
botulus -
i désigne le boyau d'un
animal utilisé en charcuterie et par extension boudin, saucisse et d'une
manière générale tous boyaux farcis). Le botulisme est connu depuis
l'Antiquité mais son étude scientifique a débuté en 1896 lorsque
survient à Ellezelles (Belgique) un foyer de botulisme chez 22 personnes
(trois morts) qui avaient consommé du jambon cru. Van Ermengem mit en
évidence une neurotoxine dans le jambon incriminé et il isola du jambon
et de la rate d'un malade décédé un bacille anaérobie, sporulé et
toxinogène qu'il appela "
Bacillus botulinus". En 1904, Landman isola une souche de "
Bacillus botulinus"
lors d'une intoxination (21 personnes malades et 11 morts) consécutive à
l'ingestion d'une conserve de haricots blancs. En 1923, Bergey
et al. reclassent "
Bacillus botulinus" dans le genre
Clostridium avec la dénomination de
Clostridium botulinum.
Systématique La systématique de
Clostridium botulinum est extrêmement complexe car les souches sont très hétérogènes tant sur le plan génétique que phénotypique (voir
Clostridium botulinum in Dictionnaire de Bactériologie Vétérinaire). Comme les autres espèces du genre
Clostridium, cette bactérie appartient à la famille des
Clostridiaceae (ordre des
Clostridiales, classe des "
Clostridia", division ou phylum des "
Firmicutes", domaine ou empire des "
Bacteria").
Principaux caractères bactériologiques Les souches de
Clostridium botulinum présentent les caractères classiquement attribués au genre
Clostridium (bacilles à Gram positif, anaérobies, sporulés). Les souches de
Clostridium botulinum sont divisées en trois groupes (I, II et III) en fonction de leurs caractères bactériologiques.
La présence d'une spore et l'éventuelle capacité à
synthétiser des neurotoxines sont les caractéristiques majeures de
Clostridium botulinum.
Action des facteurs physico-chimiques sur les toxines, la croissance, la sporulation et la germination Les denrées alimentaires ne doivent pas renfermer
de toxines préformées ou de spores capables de germer et de donner
naissance à des formes végétatives productrices de toxines. De nombreux
facteurs physiques ou chimiques sont aptes à entraver la croissance, la
sporulation, la germination ou la toxinogénèse et ils sont utilisés lors
de la conservation des denrées alimentaires.
Inactivation des toxines Les toxines botuliques peuvent être inactivées par
la chaleur (30 min à 80 °C, quelques minutes à 100 °C) et par
l'hypochlorite de sodium (NaOCl à 0,1 p. cent durant 30 min).
Une exposition au soleil serait capable
d'inactiver les toxines en 1 à 3 heures. Dans l'air et à l'obscurité,
les toxines seraient inactivées en 12 heures. La chloration,
classiquement utilisée pour le traitement des eaux potables, détruirait
84 p. cent des toxines en 20 minutes.
Action du froid La réfrigération peut inhiber la croissance de
Clostridium botulinum.
La température minimale de croissance a été déterminée pour quelques
souches et elle est de 10 °C pour les souches du groupe I et de 3,3 °C
pour les souches du groupe II. À la température minimale de croissance,
la production de toxines est lente et nécessite plusieurs semaines.
Inactivation thermique des spores Selon Prévot, la thermorésistance des spores est gouvernée par trois lois capitales :
. La
thermorésistance varie d'une souche à l'autre. D'une manière générale,
les souches du groupe I possèdent les spores les plus résistantes alors
que les spores élaborées par les souches du groupe II sont les plus
thermosensibles.
. Pour une même souche, la thermorésistance varie selon les facteurs
environnants : les spores formées en milieu pauvre ou dans un milieu
dont le Eh (potentiel d'oxydoréduction) est bas sont moins
thermorésistantes que celles formées en milieu riche ou dans un milieu
dont le Eh est élevé, la neutralité du milieu favorise la résistance,
l'élévation du pH est corrélée avec une diminution de la
thermorésistance...
. Pour une même culture la thermorésistance varie d'une spore à l'autre.
Ainsi, un chauffage de 8 minutes à 115 °C peut tuer 95 p. cent des
spores d'une souche du groupe I mais les 5 p. cent restantes résistent
environ 330 minutes à 100 °C, 80 minutes à 105 °C et 7 minutes à 120 °C.
Sensibilité des spores aux radiations Parmi les espèces d'intérêt médical, les spores de
Clostridium botulinum sont considérées comme les spores les plus résistantes aux radiations.
La résistance des spores aux radiations varie selon les souches, la
température et la concentration en oxygène. D'une manière générale, les
spores sont plus sensibles en présence d'oxygène et à une température
supérieure à 20 °C. La dose nécessaire à l'inactivation de 90 p. cent
des spores varie de 2 à 4,5 kGy pour les souches du groupe I. Les spores
des souches produisant de la toxine E sont plus sensibles et une dose
de 1 à 2 kGy inactive 90 p. cent des spores.
Influence du pH Les souches de
Clostridium botulinum du groupe I peuvent cultiver à un pH minimum de 4,6 et celles du groupe
II à un pH minimum de 5. Les conserves acides (fruits, végétaux) sont
suffisamment acides pour inhiber la croissance de
Clostridium botulinum et des agents acidulants peuvent être ajoutés pour abaisser le pH.
Toutefois, l'acidotolérance est fonction de nombreux facteurs : nature
de l'aliment, valeur du E
h, valeur de l'a
W,
température... De plus certains micro-organismes aptes à cultiver à des
pH acides, comme les levures, peuvent provoquer localement une
élévation du pH et permettre la croissance des souches de
Clostridium botulinum.
Influence de la concentration en NaCl et de l'aW La concentration en NaCl est l'un des facteurs les plus importants pour limiter la croissance de
Clostridium botulinum dans les aliments. Le sel agit en diminuant la valeur de l'a
W. Les souches du groupe I de
Clostridium botulinum ne se multiplient pas lorsque la valeur de l'a
W est inférieure à 0,94 et la multiplication des souches du groupe II est arrêtée lorsque l'a
W est inférieur à 0,97. Outre le NaCl, l'a
W peut être diminuée par le KCl, le glucose ou le saccharose.
Influence de l'atmosphère et du potentiel d'oxydoréduction Les emballages sous atmosphère modifiée sont
largement utilisés pour améliorer la conservation des denrées
alimentaires. La croissance optimale de
Clostridium botulinum est obtenue pour un Eh (potentiel d'oxydoréduction) de -350 mV. La
croissance peut également débuter pour un Eh de 30 à 250 mV et elle
s'accompagne d'une baisse rapide du potentiel d'oxydoréduction
favorisant une bonne multiplication bactérienne.
Le dioxyde de carbone est couramment employé pour
obtenir une atmosphère modifiée. Le dioxyde de carbone peut favoriser la
croissance de
Clostridium botulinum qui n'est inhibée que pour des concentration de 75 p. cent.
Inhibiteurs de croissance Outre leur rôle dans les caractéristiques
organoleptiques des produits de charcuterie, les nitrites inhibent le
développement de
Clostridium botulinum par un mécanisme
encore inconnu. L'efficacité des nitrites est dépendante du pH, de la
concentration en NaCl, de la concentration en ascorbate, du traitement
thermique, du temps et de la température de stockage. Ainsi, un effet
inhibiteur est obtenu pour des concentrations en nitrite de 40 µg/g
lorsque la concentration en NaCl est de 3,5 p. cent alors que pour des
concentrations en NaCl de 1,8 p. cent un effet inhibiteur nécessite 300
µg/g de nitrite. De même, une concentration en nitrite de 50 µg/g et une
concentration en isoascorbate de 200 µg/g a un effet inhibiteur aussi
efficace que les nitrites utilisés seuls à une concentration de 156
µg/g. Les nitrites peuvent conduire à la formation de nitrosamines
cancérogènes si bien que la législation française limite à 150 ppm le
taux résiduel des nitrites dans les denrées alimentaires.
Les sorbates, la nisine, les anti-oxydants
phénoliques, les polyphosphates, le métabisulfite, l'EDTA, les lactates
sont également des inhibiteurs de la croissance.
Influence des facteurs physico-chimiques sur la germination des spores La germination des spores de
Clostridium botulinum est optimale pour une température de l'ordre de 37 °C, pour un pH de 7
et pour une activité de l'eau supérieure à 0,89. Toutefois, les spores
de
Clostridium botulinum A et B peuvent germer pour un pH
compris entre 4,6 et 9 et pour une température variant de 4 à 70 °C. Les
spores des souches produisant de la toxine E germent pour un pH de 4,8 à
9 et pour des températures de 3,3 à 50 °C.
Les nitrites n'inhibent la germination qu'à des
concentrations supérieures à celles autorisées dans les aliments. Le
NaCl n'a un effet important que sur les spores de
Clostridium botulinum du toxinotype E dont la phase d'émergence est inhibée par 5 p. cent de NaCl.
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