Détection, caractérisation et identification des moisissures par spectroscopie vibrationnelle infrarouge et Raman.

par Aurélie Lecellier

Thèse de doctorat en Sciences - STS

Sous la direction de Dhruvananda Ganesh Sockalingum.

Soutenue le 02-12-2013

à Reims , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences, technologies, santé (Reims, Marne) , en partenariat avec (MEDYC) Matrice Extra-cellulaire et DYnamique Cellulaire (laboratoire) .

Le président du jury était Jérôme Mounier.

Le jury était composé de Dhruvananda Ganesh Sockalingum, Wilfried Ablain, Caroline Amiel, Michel Manfait, Dominique Toubas.

Les rapporteurs étaient Boualem Sendid, Olivier Sire.


  • Résumé

    Les contaminations par les moisissures représentent un problème majeur au sein de l'industrie agroalimentaire, pharmaceutique, cosmétique, et dans le secteur médical. Actuellement, l'identification des champignons filamenteux est basée sur l'analyse des caractéristiques phénotypiques, nécessitant une expertise et pouvant manquer de précision, ou sur les méthodes moléculaires, coûteuses et fastidieuses. Dans ce contexte, l'objectif de cette étude a consisté à développer un protocole simple et standardisé à l'aide de la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) combinée à une méthode d'analyse chimiométrique, proposant une méthode alternative pour l'identification rapide des moisissures. Au total, 498 souches de champignons filamenteux (45 genres et 140 espèces) ont été analysées à l'aide d'un spectromètre IRTF à haut débit. L'analyse discriminante des moindres carrés partiels (PLS -DA), méthode chimiométrique supervisée, a été appliquée à chaque spectre dans les gammes spectrales 3200-2800 et 1800-800 cm-1. Différents modèles de calibration ont été construits à partir de 288 souches, ceci en cascade de la sous-division jusqu'à l'espèce en se basant sur la taxonomie actuelle. La prédiction des spectres en aveugle, obtenus à partir de 105 souches, au niveau du genre et de l'espèce est respectivement de 99,17 % et 92,3 %. La mise en place d'un score de prédiction et d'un seuil a permis de valider 80,22 % des résultats. L'implémentation d'une fonction de standardisation (SF) a permis d'augmenter le pourcentage de spectres bien prédits, acquis sur un autre instrument, de 72,15 % (sans fonction) à 89,13 %, validant la transférabilité de la méthode. Puisqu'une biomasse mycélienne suffisante peut être obtenue après 48h de culture et que la préparation des échantillons implique l'utilisation d'un protocole simple, la spectroscopie IRTF combinée à la PLS-DA apparaît comme une méthode rapide et peu coûteuse, ce qui la rend particulièrement attractive pour l'identification des champignons filamenteux au niveau industriel. Les résultats obtenus placent la spectroscopie IRTF parmi les méthodes analytiques prometteuses et avant-gardistes, possédant un haut pouvoir discriminant et une forte capacité d'identification, en comparaison avec les techniques conventionnelles.

  • Titre traduit

    fungi detection, caracterisation and identification by infrared and raman spectroscopy


  • Résumé

    Mold contaminants represent a major problem in various areas such as food and agriculture, pharmaceutics, cosmetics and health. Currently, molds identification is based either on phenotypic characteristics, requiring an expertise and can lack accuracy, or on molecular methods, which are quite expensive and fastidious. In this context, the objective was to develop a simple and standardized protocol using Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy combined with a chemometric analysis, allowing to implement an alternative method for rapid identification of molds. In total, 498 fungal strains (45 genera and 140 species) were analyzed using a high-throughput FTIR spectrometer. Partial Least Squares Discriminant Analysis (PLS-DA), a supervised chemometrics method, was applied to each spectrum in the spectral ranges 3200-2800 and 1800-800 cm-1 for the identification process. Using 288 strains, different calibration models were constructed in cascade and following the current taxonomy, from the subphylum to the species level. Blind prediction of spectra from 105 strains at the genus and species levels was achieved at 99.17 % and 92.3% respectively. The establishment of a prediction score and a threshold permitted to validate 80.22% of the obtained results. The implementation of a standardization function (SF) permitted to increase the percentage of well predicted spectra from strains analyzed using another instrument from 72.15% (without SF) to 89.13% and permitted to verify the transferability of the method. Since sufficient mycelial biomass can be obtained at 48h culture and sample preparation involved a simple protocol, FTIR spectroscopy combined with PLS-DA is a very rapid and cost effective method, which could be particularly attractive for the identification of moulds at the industrial level. The results obtained places FTIR spectroscopy among the avant-garde promising analytical approaches, with high discriminant power and identification capacity, compared to conventional techniques.


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