STEC : une bactérie Escherichia coli inquiétante productrice de toxines zoonotiques, de la fourche à la fourchette

Que sont les Escherichia coli productrices de shigatoxines (STEC) ?

Les Escherichia coli productrices de shigatoxines (STEC), également appelées E. coli productrices de vérocytotoxines (VTEC), sont des bactéries pathogènes anaérobies facultatives à Gram négatif, en forme de bâtonnet et appartenant à la famille des entérobactéries. Elles produisent des toxines appelées shigatoxines (Stx) ou vérotoxines (Vtx), respectivement en raison de leur similitude avec la toxine produite par la Shigella dysenteriae ou de leur cytotoxicité pour les cellules VERO. 

Les STEC peuvent être différenciées par leurs antigènes somatiques O et flagellaires H en sérogroupes (O) ou sérotypes (O:H) ; Le sérotype E. coli 0157:H7 et les sérogroupes « non O157 » i) O26, O45, O103, O111, O121, O145 aux États-Unis et ii) O26, O103, O111 et O145 dans l'UE, sont les principaux sérogroupes STEC pathogènes liés à des infections humaines graves (CDC, 2012 ; USDA-MLG 2020 ; EFSA, 2020).
Cependant, au-delà de leurs sérogroupes ou sérotypes, la combinaison et les sous-types de gènes codant des facteurs de virulence ont mieux caractérisé la pathogénicité potentielle des isolats de STEC (EFSA, 2013, 2020, 2021). 

Les toxines Stx sont les principaux déterminants de la virulence des STEC régissant la pathogénicité ; les gènes stx sont portés par des bactériophages lambdoïdes intégrés dans le chromosome d'E. coli. Il existe 2 principaux types de stx (stx1 et stx2) divisés en sous-types (4 pour stx1 et 12 pour stx2). Une souche peut porter un gène de sous-type stx1 et un de sous-type stx2, ou plus d'un sous-type stx2.

D'autres gènes de virulence sont systématiquement associés à une maladie grave (Caprioli et al., 2005 ; Bolton, 2011), tout particulièrement le gène eae codant pour la production d'intimine et la formation de lésions distinctives sur les cellules intestinales ; cependant, ce facteur de virulence n'est pas toujours déterminant de la gravité, ce qui suggère qu'il existe des mécanismes alternatifs d'attachement (EFSA, 2020).

Historiquement, les bactéries E. coli entérohémorragiques (EHEC) étaient considérées comme un sous-ensemble d'un nombre très limité de sérogroupes STEC strictement associés à des issues et des épidémies graves. Ces EHEC étaient généralement des stx+, eae+. Cependant, de nouveaux sérotypes EHEC ont fait leur apparition tels que l'E. coli O80:H2 (Nurcan et al., 2016) et surtout, ils ont également englobé des souches eae atypiques au sein de sérotypes inhabituels tels que les O91:H21, O104:H4 et O113:H21, tous également associés à la colite hémorragique (HC) (Caprioli et al., 2005 ; EFSA, 2020). Par conséquent, la terminologie EHEC est désormais considérée comme obsolète et devrait être remplacée par STEC (EFSA, 2020). 

Quels sont les risques pour les consommateurs ?

Toutes les souches de STEC sont pathogènes pour l'homme et capables de provoquer au minimum des diarrhées. En fonction de la présence de certains sous-types de stx et de la présence/absence du gène eae, tous les sous-types de STEC peuvent être associés à des issues graves, à savoir le syndrome hémolytique et urémique (SHU), la diarrhée sanglante (DS), des insuffisances rénales, des hospitalisations et des décès (EFSA, 2020). Certains survivants peuvent présenter des handicaps permanents, comme une insuffisance rénale et des déficits neurologiques (FDA, 2012).

Le Stx2a a enregistré les taux les plus élevés de SHU, de DS et d'hospitalisation ; cependant, tous les autres sous-types de stx, ou leurs combinaisons, étaient également associés à au moins une de ces maladies graves. La présence du gène eae est considérée comme un facteur aggravant, avec une évolution fréquente vers une maladie grave, telle que le SHU (FDA, 2012).

La probabilité d'infection lors d'une exposition aux STEC est élevée puisqu'une dose aussi faible que 1 à 100 cellules peut suffire (Caprioli et al., 2005 ; EFSA, 2020). Les données suggèrent que des facteurs individuels, y compris un âge < à 5 ans, l'immunosuppression ou une affection sous-jacente, peuvent grandement affecter la survenue et la gravité de l'infection clinique (EFSA, 2013, 2020).

Chiffres clés :

Aux États-Unis  
Le CDC a estimé, compte tenu du niveau de sous-diagnostic et de sous-déclaration, que les STEC non O157 causent chaque année deux fois plus d'infections d'origine alimentaire aux États-Unis que les souches E. coli O157:H7 (112.752 et 63.153, respectivement) ; Les taux d'hospitalisation/de décès ont été évalués respectivement à 46 % / 0,5 % pour la O157 et 13 % / 0,3 % pour les STEC non O157 (Scallan et al., 2011).

En 2019, par rapport à la période 2016-2018, l'incidence des STEC (6,3 cas pour 100 000) a augmenté significativement (+34 %) et les taux d'hospitalisation/de décès étaient de 21 %/0,3 % (CDC, 2020).

Dans l'UE
En 2019, l'infection à STEC était la troisième zoonose la plus signalée chez l'homme (2,1 cas pour 100 000). En augmentation de 2015 à 2019, 7 894 cas d'infections à STEC, dont 7 775 cas confirmés, ont alors été signalés. Les taux d'hospitalisation/de décès étaient de 37,3 %/0,2 % (EFSA, 2021).

Comment les STEC sont-elles transmises ?

Les STEC sont des agents zoonotiques, c'est-à-dire des microorganismes pathogènes transmis d'animaux asymptomatiques à l'homme. Les ruminants tels que les bovins, les moutons, les chèvres et les cervidés sont les principaux réservoirs de STEC.

La consommation d'aliments contaminés par des matières fécales de ruminants est reconnue comme la principale source (60 à 80 %) d'infection à STEC chez l'homme (EFSA 2020 ; Scallan et al., 2011).

De plus, la contamination fécale de l'eau dans l'environnement, le contact direct avec les animaux et la transmission interpersonnelle ont également été identifiés comme des voies de transmission possibles (Caprioli et al., 2005 ; EFSA, 2020).

Quelles sont les industries agroalimentaires concernées par les STEC ?

La « viande bovine et ses produits dérivés », le « lait cru et les produits laitiers », «l'eau de puits » et les « légumes, fruits et produits dérivés » sont considérés comme les principales sources de foyers de STEC d'origine alimentaire (FDA, 2012 ; EFSA, 2020 & 2021).

Comment les STEC peuvent-elles être évitées et contrôlées dans l'industrie agroalimentaire ?

Les réglementations de l'UE et des États-Unis imposent largement aux opérateurs commerciaux de la chaîne alimentaire la prévention de la fraude (Règlement (CE) n° 178/2002 ; Federal Food, Drug & Cosmetic Act, 1938 ; FDA-FSMA, 2011 ; Federal Meat Inspection Act, 1906), ainsi que des systèmes de contrôle HACCP et de bonnes pratiques d'hygiène/de fabrication afin de gérer les risques de sécurité alimentaire spécifiquement associés à leurs processus et produits (FDA 21CFR 1 et al. ; USDA-FSIS 9CFR 304 et al. ; Règlement (CE) n° 852/2004 & 2073/2005).

L'obligation du rappel de toute denrée alimentaire contaminée complète les cadres réglementaires applicables à la maîtrise des risques alimentaires tout au long de la chaîne alimentaire (FDA-FSMA, 2011 ; USDA-FSIS 9CFR 304 et al. ; Règlement (CE) n° 178/2002).

L'exigence d'un contrôle strict de l'adultération des aliments par les principaux STEC pathogènes, jugé essentiel pour la santé publique et la protection des consommateurs, a été formellement renforcée par les organismes de réglementation au moyen de mesures spécifiques tels que :

La déclaration de l'E. coli O157:H7 en tant qu'adultérant de la viande de bœuf hachée crue par le Service de sécurité alimentaire et d'inspection des aliments (FSIS) du Département de l'Agriculture des États-Unis (USDA) en 1994 et son inclusion explicite dans les règlements sur la réduction des agents pathogènes et le système HACCP (9CFR304 et al., 1996). De plus, en raison de la prise de conscience croissante de l'impact concret des STEC non O157 sur la santé publique, l'USDA-FSIS a également déclaré en 2011 les six principaux sérogroupes STEC non O157 (O26, O45, O103, O111, O121 et O145) comme adultérants dans les produits de bœuf crus et non intacts, mais aussi dans les produits de bœuf crus et intacts destinés à être utilisés dans les produits de bœuf crus et non intacts (USDA-FSIS, 2011) et ensuite (USDA-FSIS, 2020) dans le bœuf haché, les parures et autres composants de bœuf haché cru.

En outre, pour les fruits et légumes cultivés pour la consommation humaine, la Food & Drug Administration (FDA) a établi des normes scientifiques minimales tenant compte du risque des STEC, « pour la culture, la récolte, le conditionnement et la conservation des produits en toute sécurité » (FDA, 2015) qui représentent des sources importantes d'épidémies multi-états.

Dans l'UE, la surveillance des foyers de maladies d'origine alimentaire causées par des infections humaines à STEC a été rendue obligatoire en 2003 par la directive sur les zoonoses 99/2003. Dans le règlement 2073/2005 sur les critères d'hygiène, l'UE a souligné que « les VTEC représentent un danger pour la santé publique dans la viande de bœuf crue ou insuffisamment cuite et éventuellement dans la viande d'autres ruminants, la viande hachée et la viande de bœuf fermentée et les produits dérivés, le lait cru et les produits du lait cru, les produits frais, notamment les graines germées, et les jus de fruits et de légumes non pasteurisés ». Par la suite, en raison de l'énorme épidémie de STEC O104:H4 survenue en 2011, l'UE a finalement défini les E. coli productrices de shigatoxines O157, O26, O111, O103, O145 et O104:H4 comme critères de sécurité alimentaire pour les germes ou l'eau d'irrigation usée (UE 209/2013).

Les opérateurs de la chaîne alimentaire des États-Unis et de l'UE et les organismes d'application/de réglementation doivent alors, dès que nécessaire, accorder une attention particulière à la gestion des risques des STEC pour assurer un meilleur contrôle de la fourche à la fourchette et une protection renforcée des consommateurs et de la santé publique.

Comment détecter la présence de STEC dans l'industrie agroalimentaire ?

Les réglementations de l'UE et des États-Unis exigent que les exploitants du secteur agroalimentaire effectuent des tests microbiologiques pertinents lorsqu'ils valident ou vérifient l'efficacité de leurs procédures de contrôle HACCP et de leurs bonnes pratiques d'hygiène (UE 852/2004, 2073/2005 ; FDA-FSMA, 2011).

Même des procédures HACCP efficaces de gestion des STEC pathogènes peuvent intégrer une surveillance de routine générique des E. coli pour contrôler la contamination fécale et des tests de conformité réguliers complémentaires pour les principaux sérogroupes pathogènes de STEC, comme le font les organismes de réglementation/d'application (USDA-FSIS, 2020 ; UE 99 /2003, 625/2017), sont souvent mis en place à des fins de vérification et de prévention pour éviter des rappels ou des poursuites judiciaires.

Différentes méthodes standard (ISO, FDA-BAM ; USDA/FSIS-MLG) ont ainsi été décrites :

- pour la surveillance des E. coli génériques dans les aliments ou les eaux (FDA, 2020a ; USDA-FSIS, 2015 ; US EPA 40CFR136 ; ISO 16649 ; ISO 9308),
- pour le dépistage des principaux STEC pathogènes (ISO 16654 ; ISO/TS 13136 ; FDA 2015 & 2020b ; USDA-FSIS-MLG, 2019),

Remarque : La révision de la spécification technique ISO/TS 13136:2012 a été initiée en vue de la publication d'une norme ISO complète.

Des méthodes rapides validées (AOAC, EN ISO 16140-2) ont également été développées dans le même but : elles sont plus faciles à utiliser et la rapidité de leurs résultats permet une gestion des flux métier plus souple.

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