La nisine

A un moment donné, il était exacte de dire que les colicines étaient les plus étudiés et la plupart très connues; cependant, c'est maintenant sûr de dire que les bactériocines produites par les bactéries gram positives, est le groupe le plus étudié des peptides antibactériens, permettant une possibilité pour leur applications commerciales dans les produits alimentaire. La nisine est devenue populaire à cause de sa longue histoire de son utilisation et son efficacité ainsi que sa documentation sur son action contre les bactéries pathogènes à gram positif et les microorganismes de contamination. Ce n'était pas exceptionnel pour les fabricants de fromage d’observer des fermentations manquées ou lentes. Pendant que l'infection avec les bactériophages était un contributeur majeur à ce problème, il a été reconnu que quelques streptocoques lactiques pourraient inhiber d’autres, responsables des problèmes dans la fabrication fromagère. En 1928, Rogers et Whittier en premier, ont publié sur l'effet inhibiteur implicite de la nisine dans laquelle Streptococcus lactis (maintenant Lactococcus lactis subsp. lactis) a inhibé Lactobacillus bulgaricus (Rogers 1928; Rogers et Whittier 1928). Whitehead et Riddet (1933) ont décrit “streptocoques inhibiteurs” dans le lait. Le nom nisine a été inventé par Mattick et Hirsch (1947) de “N inhibitory substance” depuis L.

lactis a été classé originairement comme appartenant au groupes sérologique de Lancefield N. Des efforts récents, afin de mettre au point une application pratique pour la nisine à savoir son efficacité pour le traitement des mammites des troupeaux laitiers (Taylor et al., 1949). Hirsch et al., (1951), en premier, ont examiné la possibilité de l’utilisation de la nisine comme conservateur alimentaire

Tableau 1 : représente différents types de bactériocines produites par les bactéries lactiques (Chen et Hoover, 2003).

Bactériocines Souches productrices Classe I-type A lantibiotique

Nisine Lactococcus lactis

lactocine S Lactobacillus sake

Epidermine Staphylococcus epidermidis Gallidermine Staphylococcus gallinarum

Lacticine 481 L. lactis

Classe I-type B lantibiotique

Mersacidine Bacillus subtilis

Cinnamycine Streptomyces cinnamoneus

Ancovenine Streptomycesspp.

Duramycine S. cinnamemoneus

Class IIa

pediocine PA-1/AcH Pediococcus acidilactici

sakacine A L. sake

sakacine P L. sake

leucocine A-UAL 187 Leuconostoc gelidum mesentericine Y105 Leuconostoc mesenteroides

enterocine A Enterococcus faecium

lactococcine MMFII L. lactis

Class IIb

lactococcine G L. lactis

lactococcine M L. lactis

lactacine F Lactobacillus johnsonii plantaricine A Lactobacillus plantarum

plantaricine S L.plantarum

plantaracine EF L.plantarum

plantaracine JK L.plantarum

Class IIc

acidocine B Lactobacillus acidophilus Camobacteriocine A Carnobacterium piscicola

divergicine A C. divergens

enterocine P E. faecium

enterocine B E. faecium

Class III

helveticine J Lactobacillus helveticus Helveticine V-1829 Lactobacillus helveticus

Tableau 2: Indique les différentes classes de bactériocines I et IIa produitent par les bactéries lactiques et leur spectre d’activité(Chen et Hoover, 2003).

Bacteriocines Souches productrice Spectre d’activité (fréquence de sensibilité) Classe I

Acidocine J1132

Lactobacillus

acidophilusJCM1132

Active contre différentes espèces deLactobacillus(9/32)*. non active contreLactococcus(0/6),Pediococcus(0/5),Streptococcus (0/7),Listeria monocytogenes(0/4),Bacillusspp. (0/7), et Staphylococcusspp. (0/2).

Lacticine 3147

Lactococcus lactis DPC3147

Active contre différentes espèces deEnterococcus(4/4), Lactobacillus(14/14),Lactococcus (17/18),Leuconostoc(1/1), Pediococcus(3/3),Streptococcus(2/2), L.monocytogenes(1/1), Listeria innocua(1/1),

Staphylococcus aureus(1/1),Bacillus spp. (2/2) etClostridium spp. (2/2).

Lactocine S Lactobacillus sakeL45

Active contre différentes espèces deEnterococcus (1/1), Lactobacillus (8/8), Lactococcus (1/3), Leuconostoc (1/1), Pediococcus (3/3), L. monocytogenes (5/5), L. innocua (1/1), Staphylococcus (6/6), Bacillus cereus (1/1), et Clostridiumspp.

(5/5).

Nisine Lactococcus lactissubsp.lactis

Active contre différentes espèces deEnterococcus (2/2),

Lactobacillus (9/9), Lactococcus (5/5), Leuconostoc (1/1), Pediococcus (4/4), L. monocytogenes (14/14), L. innocua (2/2), Listeria grayi (1/1), Listeria ivanovii (1/1), Listeria murrayi (1/1), Listeria seeligeri (1/1), Listeria welchimeri (1/1), et Staphylococcusspp. (7/7).

Empèche la germination des spores deBacillusspp. etClostridium spp. et un effet bactericide sur les formes végétatives.

Plantaricine C Lactobacillus plantarum LL441

Active contre différentes espèces de Enterococcus (1/1), Lactobacillus (8/11), Lactococcus (1/1), Leuconostoc (2/2), Pediococcus (2/2), Streptococcus (2/2), Staphylococcus carnosus (1/1), Bacillus spp. (2/3), et Clostridium spp. (2/2). Aucune activité contre L. innocua (0/1).

Thermophiline 13 Streptococcus thermophilusSFi13

Active contre differentes éspèces deEnterococcus (1/1), Lactobacillus (3/3), Lactococcus (1/1), Leuconostoc (2/2), Streptococcus (1/1), L. monocytogenes (1/1), L. innocua (1/1), S.

carnosus (1/1), Bacillus spp. (2/2), et Clostridium spp. (2/2).

Empèchela germination des spores deB. cereus et Clostridium botulinum

Classe IIa Acidocine A Lactobacillus acidophilus

TK9201

Active contre différentes espèces deEnterococcus (1/5),

Lactobacillus (13/32), Pediococcus (2/7), Streptococcus (8/13), and L. monocytogenes(5/5). Aucune activité contre Bacillus subtilis (0/6) et S. aureus(0/2).

Bavaricine A Lactobacillus sake MI401

Active contre différentes espèces deEnterococcus (2/2), Lactobacillus (11/25), Lactococcus (5/15), Leuconostoc (4/7), Pediococcus (2/5), et L. monocytogenes(9/10). Aucune activité contreCarnobacterium (0/1), Streptococcus (0/2), Brochothrix thermosphacta (0/1), Bacillus spp. (0/7), et Staphylococcus spp.

(0/5).

Curvacine A Lactobacillus curvatus LTH1174

Active contre differentes éspèces deCarnobacterium (3/3), Enterococcus (1/2), Lactobacillus (10/23), Lactococcus (1/12), Pediococcus (5/8), L. monocytogenes (7/7), L. innocua (1/1), et L.

ivanovii(1/1). Sans aucune activitécontre Leuconostoc (0/3) et Clostridium spp. (0/12).

Divercine V41 Carnobacterium divergensV41

Active contre différentes espècesde Enterococcus (4/4),

Lactobacillus (2/5), Pediococcus (2/2), L. monocytogenes (1/1), L.

innocua (1/1), et L. ivanovi(1/1). Sans aucune activité contre Lactococcus (0/1) et Leuconostoc(0/3).

Enterocine A Enterococcus faecium CTC492

Active contre différentes espèces deEnterococcus (4/4),

Lactobacillus (2/2), Pediococcus (2/2), L. monocytogenes (4/4), et L.

innocua(2/2).

Lactococcine Lactococcus lactis Active contre différentes espèces deEnterococcus(3/3),

Mesentericine Y105

Leuconostoc mesenteroides Y105

Active contre différentes espèces deCarnobacterium (1/1) Enterococcus (2/2), Lactobacillus (2/2), Leuconostoc (2/2), Pediococcus (2/2), L. monocytogenes (1/1), et L. innocua(1/1).

Empèche la germination des spores et la croissance des formes végétatives de Clostridium botulinum

Mundticine Enterococcus mundtiiATO6

Active contre différentes espèces de Carnobacterium (3/3) Enterococcus (2/3), Lactobacillus (23/31), Lactococcus(1/14), Leuconostoc (3/4), Pediococcus (8/11), L. monocytogenes (12/12), L.

innocua (2/2), L. ivanovii (1/1) Staphylococcusspp. (2/6), B. cereus (1/1), et Clostridiumspp.

Pediocine PA-1 Pediococcus acidilactici PAC 1.0

En 1957, la nisine a été rapporté pour être généralement un produit utilisé dans le fromage de ferme (Chevalier et al., 1957). Dans cette même année, Aplin et Barrett ont développé des préparations commerciales à utiliser dans les aliments (Delves-Broughton et al., 1996). Les substances de nisine sont habituellement trouvées parmi la flore fromagère (Hurst 1967). Actuellement, il est connu que les lactocoques peuvent produire d'autres bactériocines et des substances inhibitrices en plus de la nisine. Gross et Morrell en 1971, sont les premier à élucider la structure de la nisine qui est faite de 34 acides aminés.

Au moins 6 formes différentes ont été caractérisées (désigné par A jusqu’à E et Z), avec la nisine A représentant le type le plus actif. La Nisine Z est un variant naturel de la nisine qui différe de la nisine A par la substitution d'un résidu histidine par l’acide aspartique. La forme commercialement disponible la plus établie de la nisine utilusée comme conservateur alimentaire est a la Nisaplin^TM, avec comme composant actif 2,5% de nisine A et le composant prédominant est représenté par du NaCl (77.5%) et du lait sec sans matière grasse (12% protéine et 6% carbohydrates). Plusieurs marques de produits antimicrobiens vendues contiennent de la nisine.

La nisine est un lantibiotique. Le terme lantibiotique vient de l’antibiotique contenant la lanthionine. Cette agent antimicrobien contient des acides aminés inhabituels postranslationnellement modifiés, reliés par un pont thioether lanthionine et 3-methyllanthionine, et le 2,3-didehydroalanine insaturé et le 2,3-didehydrobutyrine (van Kraaij et al., 1999). Ces résidus insaturés ou déshydratés caractérisés par des centres électrophiliques qui peuvent réagir avec les groupes nucléophiles proches (McAuliffe et al., 2001). Par conséquent, les lantibiotiques caractérisés par des structures polycycliques qui sont très important pour la propriété de l’insertion membranaire de la bactériocine. Ces structures en bague maintiennent la rigidité du peptide (Kuipers et al., 1996) aussi bien ils protègent la bactériocine des enzymes protéolytiques et la dénaturation thermique (Hurst 1981). La nisine appartient à la classe I des bactériocines et du type A des lantibiotiques (c'est un peptide étiré avec une charge positive nette). Les lantibiotiques apparentés à la nisine qui ne sont pas produites par les bactéries lactiques incluant la subtilins de Bacillus subtilis et l'epidermins à partir de Staphylococcus epidermidis. Comme la Nisine, ces

peptides fonctionnent en désorganisant par rupture de l'intégrité de la membrane.

La nisine n'a habituellement aucun effet sur les bactéries gram négatif, les levures, et les moisissures, bien que les bactéries gram négatif puissent être sensibilisées à la nisine par la permeabilization de couche membranaire externe similaire à celle causé par chauffage létale, la congélation, et les agents chélateurs (Delves-Broughton et al., 1996).

Normalement seule les bactéries gram positif sont affectés, et ces types incluent les bactéries lactiques, cellules végétative des bactéries pathogènes tels que Listeria, Staphylococcus, et Mycobacterium, et les bactéries sporulales, Bacillus et Clostridium. Les spores des bacilles et les clostridium sont réellement plus sensibles à la nisine que leurs cellules végétatives, bien que l'effet antagoniste soit sporostatique et pas sporicidale, ceci, exige la présence continue de la nisine pour empécher la germination des spores. Les dégât provoqués par la chaleur sur les spores substantiellement augmente leur sensibilité à la nisine, afin que la nisine soit efficace contre les spores dans les aliments à faible acidité et traités par un processus thermique, résultat de son usage comme un complément de traitement dans les légumes en conserve. Le mécanisme par lequel la nisine inhibe la germination des spores n’est pas clair, bien qu'il ait été déterminé que l'action sporostatique de la nisine est causée par son attachement aux groupes sulfhydrate des résidus de proteines (Morris et al., 1984). Le mécanisme de son action sporostatique est distinct de son effet bactéricide sur la membrane cytoplasmique de cellules végétatives.

La nisine purifié a été évalué pour l’effet toxicologique et a été trouvé inoffensive ou au moins avec une toxicité très basse en utilisant des rats comme cobaye (Frazer et al., 1962; Shtenberg et Ignatev, 1970). Son usage est approuvé comme un additif alimentaire dans plus de 50 pays. C'est probablement sûr de dire que dans la plupart de ces pays, la nisine est la seule bactériocine autorisée comme un conservateur alimentaire. L'acceptation Internationale de la Nisine a été donnée en 1969 par les experts des additifs alimentaires de la FAO/WHO (WHO, 1969). Le seul autre composé utilisé comme anti-microbiens avec une approbation similaire en tant qu'agent de conservation sont les composés antimycotiques de surface, pimaricine (Henning et al., 1986). Le Comité FAO/WHO a recommandé une prise

journalière maximale de nisine de 60 mg de nisine pure ou 33000 Unités pour une personne de 70kg (Hurst et Hoover, 1993). Cependant, la nisine est autorisé dans la fabriquation fromagère en Australie, en France, et en Grande-Bretagne sans limite maximale de doses. Aux Etats-Unis, la limite maximale est de 10000 UI/g; en Russie, la limite maximale est de 8000 UI/g, pendant qu'en Argentine, Italie, et Mexique, la limite est de 500 UI/g pour les fromages et dans d’autres produits (Chi-kindas et Montville, 2002). Les exemples de produits alimentaire internationaux qui peuvent être améliorer légalement par la nisine sont, des conserves de soupes (Australie), de la glace pour conserver du poisson frais (Bulgarie), aliments pour bébés, aliments subissant une cuisson et la mayonnaise (République tchèque) (Hurst et Hoover 1993).

Cependant, la majorité des types de produit approuvés sont les produits laitiers (surtout dans les fromages) et les conserves en boites. Aux Etats-Unis, l'usage de levains produisant la nisine n’a jamais été régularisé, comme les lactocoques considérés comme GRAS. Comme déduis du code FDA (1988) concernant l’usage de bactériocines comme additifs alimentaires, quand la substance antimicrobienne naturelle (c'est, les bactériocines tel que Nisine) est utilisée comme agents de conservation des aliments, la culture qui la produise doit être considérée comme un micro-organisme GRAS (d'où la recherche d’agents de conservation des aliments à partir des bactéries lactiques).

Le service de sécurité et d’inspection des aliments (FSIS) de l'USDA, évalue la sécurité et l’efficacité des bactériocine dans les denrées alimentaires tel que la viande et les produits de volaille. Donc selon le type de produit, le FDA ou FSIS approuvent l’usage de nouvelles bactériocines avant toutes autorisations d’applications (Chikindas et Montville, 2002).