Étude de la survie des légionelles et de la dynamique des populations microbiennes des réseaux d'eau chaude : rôle des procédés de décontamination

Study of Legionella survival and microbial population dynamics in hot water networks, role od didinfection processes

• Auteur / Autrice : Maha Farhat
• Direction : Jacques Frère
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et microbiologie de l'eau
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Poitiers

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diversité microbienne

Eau chaude

Biofilms

Lutte contre

Légionelles

Résumé

Legionella est la bactérie à Gram négatif identifiée dans les épidémies de légionellose liées à la contamination des réseaux d’eau chaude et des tours aéroréfrigérantes. En France, où la maladie est soumise à déclaration obligatoire depuis 1987, plus un millier de cas sont recensés par an parmi lesquels 10 % s’avèrent mortels. Associée à un consortium des cellules microbiennes, Legionella se trouve attachée aux surfaces dans une matrice de polymères organiques et minéraux appelée biofilm. Dans cette structure, elle devient plus résistante aux procédés de désinfection que lorsqu'elle est sous forme libre. C’est dans ce contexte qu'ont été définis les objectifs de ce travail qui s'est articulé autour trois volets principaux : (1) le développement d'un outil analytique permettant l'étude de la dynamique des populations microbiennes dans l'eau et dans le biofilm d'un réseau d'eau chaude après différents traitements anti-Legionella, (2) le suivi de l'évolution de la flore totale procaryote et de Legionella en particulier dans l'eau et le biofilm après un traitement par choc thermique (70 °C pendant 30 minutes) et par un traitement chimique (biocide combiné à un biodispersant) et (3) la caractérisation de la diversité de Legionella dans le biofilm en relation avec la dynamique de la structure microbienne (bactérie et eucaryotes) du biofilm après ces deux traitements. Un pilote à l'échelle 1 constitué de deux boucles d'eau chaude similaires (boucles témoin et test) a été développé et contaminé par un biofilm naturel de Legionella. Les deux traitements testés (thermique et chimique) ont eu un effet transitoire. Un retour aux concentrations initiales en Legionella cultivables dans l'eau et dans le biofilm a été observé une semaine après l'application des traitements. Pour une des premières fois dans ce type d'études, l'utilisation de méthodes moléculaires de pointe (séquençage, SSCP) ont permis d'identifier la diversité de Legionella (cinq espèces dont quatre sont des pathogènes opportunistes) dans le biofilm des réseaux d'eau chaude et de caractériser la flore microbienne qui accompagne Legionella dans cette matrice (protéobactéries, amibes, flagellés, champignons, alvéolates). Ce travail apporte ainsi des éléments novateurs en termes d'outils permettant de tester les traitements anti- Legionella, de méthodes analytiques et de connaissance sur le consortium microbien qui accompagne Legionella dans le biofilm.

Legionella is a Gram-negative bacterium identified in Legionnaires' outbreaks linked to contaminated hot water systems and cooling towers. In France, where this disease has been notifiable since 1987, over a thousand cases are reported per year among which 10 % are fatal. Legionella and other microorganisms are attached to the surface and associated together in an extracellular anionic polymer matrix called biofilm. Within this structure, Legionella is more protected from disinfection processes than those present in the aqueous phase. Therefore, our objectives were structured around three main parts: (1) to develop an analytical tool in order to evaluate the effectiveness of various anti-Legionella treatments in water and biofilm (2) to monitor the prokaryotic total flora evolution and Legionella in water and biofilm after heat shock (70 °C during 30 minutes) and chemical treatments (biocide combinated with biodispersant) and (3) to characterize Legionella diversity and its associated microbial flora dynamic (bacteria and eukarya) in biofilm after both treatments. A pilot scale 1 consisted of two hot water similar loops (control and test loops) was developed and contaminated by a natural biofilm of Legionella. Both treatments tested (heat and chemical) have had a transient effect. A return to the initial concentrations of culturable Legionella in water and in biofilm was observed one week after application of treatments. For the first time in such studies, the use of advanced molecular methods (sequencing, SSCP) has identified the diversity of Legionella (five of which four species are opportunistic pathogens) in biofilm sampled in hot water networks and the characterization of the microbial flora accompanying Legionella in this matrix (proteobacteria, amoebae, flagellates, fungi, Alveolata). This work brings together innovative elements in terms of tools to test the anti-Legionella, analytical methods and knowledge about the microbial consortium accompanying Legionella in the biofilm.