La technologie bien établie de la cytométrie en flux est maintenant utilisée pour le dénombrement et la caractérisation des cellules microbiennes. Pour savoir comment cette technologie transforme l'industrie de l'eau et évaluer ses avantages et ses applications pratiques pour l'eau potable, nous avons interviewé le professeur Thomas Egli, consultant scientifique en microbiologie pour bNovate. Cet article révèle son expertise.
L'histoire de la cytométrie en flux dans l'industrie de l'eau
Alors que la cytométrie en flux est utilisée sur les cellules humaines dans divers domaines médicaux depuis les années 70, il a fallu attendre 20 à 30 ans pour étendre le champ d'application à la détection des cellules microbiennes et des virus. Aujourd'hui, la cytométrie en flux peut être utilisée comme une méthode de mesure rapide (RMM) pour l'analyse rapide et économique de l'eau.
Vers 2000, Thomas Egli s'est impliqué dans un groupe d'experts de l'OCDE/OMS qui a examiné l'état des méthodes et les besoins futurs en matière d'analyse microbiologique de l'eau, ce qui l'a initié aux problèmes de l'eau potable. La cytométrie en flux (FCM) était citée comme une méthode rapide potentielle, mais elle était considérée comme trop difficile et trop coûteuse. Malgré cela, Thomas Egli et son groupe de recherche à l'Eawag ont commencé à adapter les méthodes de comptage des cellules microbiennes et de détermination des activités métaboliques pour les appliquer aux eaux de surface et aux eaux potables. En parallèle, l'adéquation de ces méthodes dans le monde réel a été testée en collaboration avec l'usine des eaux de Zurich, et les connaissances et les principes de mesure ont été transférés du monde universitaire à l'industrie avec des avantages tangibles.
En 2010, Thomas Egli et ses collaborateurs ont remporté conjointement le "Mühlheim Water Award" pour ce passage du laboratoire à la pratique. Lorsque Peter Ryser et Simon Kuenzi, fondateurs et aujourd'hui respectivement président du conseil d'administration et PDG de bNovate, ont commencé à développer un cytomètre en flux automatisé, robuste et portable, ils ont contacté Thomas Egli, ce qui a marqué le début d'une collaboration et d'un partenariat de longue date avec bNovate Technologies.
Avantages de la cytométrie en flux
Le comptage des cellules microbiennes dans les écosystèmes est un défi de longue date. La méthode conventionnelle dépendant de la culture, le comptage sur plaques hétérotrophes (CPH), est critiquée par les écologistes microbiens depuis plus de 50 ans car elle ne permet pas de connaître la véritable abondance microbienne dans les échantillons environnementaux. Le comptage cellulaire total par cytométrie en flux (FCM-TCC) est basé sur la coloration des cellules avec un colorant fluorescent se liant à l'ADN; il est non seulement plus rapide que le HPC, avec des temps de détection de quelques minutes au lieu de quelques jours, mais il détecte >99% des cellules présentes dans un échantillon d'eau. De plus, il fournit une empreinte microbienne typique de l'eau d'une origine spécifique. Le FCM-TCC permet de quantifier et de surveiller les événements microbiens depuis le captage jusqu'au réseau de distribution, en passant par les différents processus de traitement.
L'abondance et la composition des communautés microbiennes varient dans le temps, que ce soit en raison des changements saisonniers, des fortes pluies, de la croissance due à la pollution par les nutriments ou des mesures de désinfection. Cela nécessite une surveillance immédiate, en temps réel et en ligne. Les paramètres traditionnellement utilisés sont de nature physicochimique, comme la turbidité, le pH ou la conductivité, mais ils ne reflètent pas les événements microbiologiques de manière fiable.
La détermination du nombre total de cellules (TCC) à l'aide d'un cytomètre en flux réagit de manière sensible aux conditions environnementales et peut être utilisée pour surveiller les perturbations biologiques ou la stabilité de l'eau brute, du captage au robinet du consommateur. Pour cela, il faut un instrument compact, transportable, robuste et fonctionnant de manière autonome avec pratiquement aucune maintenance.
"Avec BactoSense, bNovate a réussi à développer un instrument 'plug-and-play' aux propriétés uniques qui permet aux praticiens d'utiliser la FCM sans avoir à s'occuper des taches toxiques ou de l'entretien quotidien. (...) BactoSense leur permet de se concentrer sur les résultats qu'ils obtiennent", déclare Thomas Egli.
Domaines d'application
La surveillance de la microbiologie de l'eau est l'un des principaux domaines d'application, puisque la capacité à distinguer les eaux souterraines des eaux de surface permet de fixer des limites au nombre de cellules et aux empreintes digitales, constituant ainsi un paramètre central des systèmes d'alerte précoce. BactoSense, permet aux professionnels de l'eau de surveiller en permanence leurs processus de production et de distribution ou d'utiliser les données en ligne pour le contrôle de la contamination microbienne dans les bassins versants. Non seulement les grandes mais aussi les petites usines de traitement de l'eau avec un personnel restreint peuvent bénéficier de l'utilisation de Bactosense.
Il apporte également des avantages substantiels et un gain de temps pour les processus de nettoyage et de rinçage : cela inclut le contrôle des eaux de process des filtres à sable et à charbon actif après un rétro-rinçage, ou le rinçage des conduites dans les réseaux de distribution après une réparation. Le FCM-TCC et les empreintes digitales sont capables d'indiquer si les unités nettoyées sont de nouveau prêtes à l'emploi.
La repousse après des périodes de stagnation ou à la suite de longs temps de séjour sont parmi les problèmes les plus courants dans les réseaux de distribution et peuvent être facilement détectés par des valeurs élevées de TCC. Pour ces applications, un cytomètre en flux mobile et transportable comme le BactoSense est une solution qui fait gagner du temps, car les résultats d'analyse sont disponibles rapidement et les décisions peuvent être prises sur place.
L'avenir de la cytométrie en flux dans l'industrie de l'eau
Au cours des deux prochaines décennies, les méthodes moléculaires telles que la réaction en chaîne par polymérase deviendront moins chères et permettront une évaluation plus rapide de la composition des consortiums microbiens, mais Thomas Egli doute qu'elles deviennent des méthodes de routine automatisées et en ligne.
Aucune autre méthode ne peut fournir des informations microbiologiques de base rapidement et en ligne à un coût aussi faible que le FCM-TCC et la numération des cellules intactes (FCM-ICC). Le professeur Egli est convaincu que la méthode FCM-TCC deviendra une nouvelle norme pour l'analyse microbiologique de l'eau potable. En Suisse, de grands réseaux d'eau ont déjà utilisé cette technologie avec succès. Grâce à ces utilisateurs influents, la normalisation de la méthode et les recommandations des autorités sanitaires fédérales et de la Société suisse du gaz et des eaux (SSIGE) ont pu être réalisées. Cette année, les méthodes FCM seront incluses dans le cours de formation de la SVGW pour les professionnels de l'eau suisses (Brunnenmeister).
“Dans plusieurs pays européens, les méthodes FCM sont aujourd'hui incluses dans les recommandations et les fiches de travail officielles, par exemple en Allemagne et en Autriche, et sont maintenant déjà acceptées pour des applications spécifiques comme l'évaluation de l'efficacité de la filtration et des processus de lavage à contre-courant", conclut Thomas Egli. Cette pression ascendante devrait conduire à l'établissement de méthodes FCM dans d'autres pays, et finalement d'une méthode standardisée ISO.
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