Date : 2023
Type : Livre / Book
Type : Thèse / ThesisLangue / Language : anglais / English
Résumé / Abstract : L'hygiène des opérations unitaires est un défi majeur pour les établissements de santé et les industries agroalimentaires. Les contaminations des surfaces abiotiques des installations et des dispositifs médicaux, peuvent entraîner des maladies infectieuses et des intoxications alimentaires. Malgré la mise en œuvre de mesures préventives telles que des procédures de nettoyage et de désinfection fréquentes, les bactéries persistantes peuvent former des biofilms sur les surfaces abiotiques si les conditions de croissance sont adéquates. Les biofilms permettent aux bactéries d'accroître leur résistance aux stress environnementaux, aux traitements de nettoyage et de désinfection par rapport aux bactéries planctoniques. Face à ce défi majeur de santé publique des stratégies basées sur l'utilisation des antimicrobien biosourcés comme les terpènes des huiles essentielles. Ce travail de thèse débute par une bibliographie sur les risques microbiologiques dans les secteurs de santé et alimentaire et la nécessité de développer de nouveaux agents antimicrobiens à partir des terpènes. Cependant, il y a des contraintes majeures liées à l'utilisation directe de ces molécules. Pour relever ces défis, l'étude suggère la création de complexes métalliques stables en utilisant des ligands terpéniques, ouvrant la voie à des solutions plus efficaces et moins nocives. Nos travaux ont permis la synthèse des complexes métalliques solubles dans l'eau, le{RuCl[(Para-Cymene)][Aminooxime L1]}+Cl− (RuL1), ZnCl2L2 et FeCl3L2, en utilisant comme ligands des α-aminooximes dérivées du (R)-limonène. Afin d'améliorer l'activité antimicrobienne de ces complexes tout en réduisant leur toxicité, un mélange a été préparé en combinant les complexes avec une solution tampon et des maltodextrines, puis séché par pulvérisation pour obtenir des microcapsules. Les résultats ont révélé que le complexe RuL1 présente une activité antimicrobienne et anti-biofilm significativement plus élevée que les ligands libres ou le limonène. Un traitement de 10 min par le RuL1 encapsulé, entraine une réduction significative de 2 log par rapport au RuL1 libre pour les biofilms de Staphylococcus aureus, Escherichia coli et Listeria monocytogenes. Ce résultat indique que la microencapsulation améliore l'activité antibactérienne et anti-biofilm du RuL1, tout en réduisant sa toxicité pour les cellules Hela. Nos travaux ont montré aussi l'efficacité des composés à base de Zn et de Fe contre diverses bactéries pathogènes. Les concentrations minimales inhibitrices (CMI) du limonène pur étaient élevées, nécessitant au moins 12,5 mg/mL pour inhiber la croissance bactérienne. En revanche, les complexes, en particulier le complexe ZnCl2L2, ont réduit de manière significative les CMI à 0,078 mg/L contre S. aureus et à 0,156 mg/L contre Enterococcus faecalis. L'antibiorésistance des Staphylocoques représente un problème majeur de santé publique, car elle limite les traitements de infections associés à ce germe. Nos résultats montrent que les complexes ZnCl2L2 et FeCl3L2 ont une activité antibactérienne et anti biofilm significatives contre des souches Staphylocoques, isolées du milieu hospitalier. Ces composés ont montré des zones d'inhibition de 37 mm et 35 mm respectivement, ce qui indique une forte capacité à inhiber la croissance de Staphylococcus spp. Bien que ZnCl2L1 soit moins inhibiteur en comparaison, il a néanmoins montré une activité inhibitrice contre toutes les souches testées, ce qui en fait une option intéressante pour le traitement des infections causées par Staphylococcus spp. La microencapsulation améliore les CMIs du complexe ZnCl2L2 contre Staphylococcus spp., augmentant ainsi son efficacité dans le traitement des biofilms de S.aureus et E.coli. En outre. De plus, elle a permis de réduire l'écotoxicité des complexes à base de Zn et de Fe contre Daphnia magna, et a également réduit le potentiel cytotoxique de ces complexes sur les cellules U87-MG.
Résumé / Abstract : Unit operation hygiene is a major challenge for healthcare and food sector as the surface contamination can lead to infectious diseases and food poisoning. Despite preventive measures such as frequent cleaning and disinfection, persistent bacteria can form biofilms on abiotic surfaces. Biofilms allow bacteria to increase resistance to cleaning, and disinfection treatments compared with planktonic bacteria. Faced with this threat to public health, several solutions have recently been proposed to combat the problem. These include methods to eliminate these bacteria, notably through the use of chemicals. This work begins with a bibliographical section outlining microbiological risks and their impact in the health and food industry fields. It highlights the urgent need to develop new antimicrobial bio-based agents such as essential oils terpenes which present many challenges such as their non-miscibility and cytotoxicity. To address these challenges, the study suggested the creation of stable metal complexes using limonene ligands, paving the way for more effective and less harmful solutions. The application of spray-drying microencapsulation to formulate antibiofilm active components, aiming to enhance their biological efficacy. In this context, the study carried out aimed to synthesize water-soluble metal complexes, including {RuCl[(Para-Cymene)][Aminooxime L3]}+Cl− (RuL3), ZnCl2L2 and FeCl3L2, using α-aminooximes derived from limonene as ligands. However, the ZnCl2L1 complex proved insoluble in water. These complexes were designed to control the growth of pathogenic bacteria involved in abiotic abiotic surfaces contamination. In order to enhance the antimicrobial activity of these complexes while reducing their toxicity, a mixture was prepared by combining the complexes with a buffer solution and maltodextrins, then spray-dried to obtain microcapsules. The results of the study revealed that the RuL1 complex has a significantly higher antimicrobial and antibiofilm activity than free ligands or limonene. After a 10 min treatment, the microencapsulated RuL1 induced a significantly higher bacterial reduction up to 2 log compared to free RuL1 against Staphylococcus aureus, Escherichia coli, and Listeria monocytogenes biofilms. This result indicates that microencapsulation improves the antibacterial and antibiofilm activity of RuL1, while reducing its toxicity to Hela cells. Furthermore, antibacterial tests confirmed the efficacy of zinc and iron-based compounds against various strains of pathogenic bacteria. Minimum inhibitory concentrations (MIC) of pure limonene were high, requiring at least 12.5 mg/mL to inhibit bacterial growth. On the contrary, the complexes, particularly the ZnCl2L2 complex, significantly reduced the MICs to 0.078 mg/L against S. aureus and 0.156 mg/L against E. faecalis. The rise of drug resistance in Staphylococci represents a major public health concern, as it severely limits treatment options for associated bacterial infections. In the present study the complexes were tested against strains of Staphylococci collected from hospitals. ZnCl2L2 and FeCl3L2 complexes were tested and showed zones of inhibition of 37 mm and 35 mm respectively, indicating a strong ability to inhibit Staphylococcus spp. growth. Although ZnCl2L1 was less inhibitory in comparison, it nevertheless showed inhibitory activity against all strains tested, making it an attractive option for the treatment of Staphylococcus spp. infections. Microencapsulation proved beneficial in enhancing the MIC of the ZnCl2L2 complex against Staphylococcus spp., thus increasing its efficacy in the treatment of bacterial biofilms, including S. aureus and E. coli. Furthermore, microencapsulation of the zinc and iron complexes reduced the ecotoxicological risk to aquatic organisms, Daphnia magna, and also reduced the cytotoxic potential of these complexes in U87-MG cells.