AFB1 risk management for a sustainable maïze foodchain – Aflafree
Limitation de la production de l’Aflatoxine B1 (AFB1) chez Aspergillus flavus grâce à l’utilisation de bactéries filamenteuses. Application sur le maïs
La présence de mycotoxines dans les filières alimentaires est liée au développement de moisissures. Dans ce sens, la limitation de l’application d’antifongiques chimiques à l’horizon 2018 va poser un souci. Le projet propose de trouver un moyen de lutte biologique, à appliquer au champ contre la production d’AFB1 sur le maïs, qui repose sur l’utilisation de bactéries du sol.
Recherche d’un moyen de lutte biologique contre la production d’Aflatoxine B1 sur le maïs
L'AFB1, seule mycotoxine classée cancérogène pour l'homme, contamine les céréales et pose des problèmes pour l'industrie alimentaire. Il est donc crucial de minimiser cette contamination fongique. Le projet propose de trouver un moyen de lutte biologique, à appliquer au champ, qui repose sur l’utilisation de bactéries du sol en tant qu’alternative pour réduire les intrants chimiques. Ce moyen de lutte biologique se focalise sur la réduction de la production d'AFB1. Le meilleur couple bactérie-variété de maïs sera validé en serre. La formule choisie sera appliquée à différents stades physiologiques du maïs tout en s’assurant de la qualité sanitaire du produit fini. Il sera aussi nécessaire de prendre en compte les possibilités techniques disponibles sur le terrain pour traiter les cultures et plus tard les grains. Des capteurs enregistrant les variations de Température (T°C) et d’Activité de l’eau (Aw) lors du stockage du grain de maïs, seront modifiés pour être utilisés afin de suivre l'évolution de ces 2 paramètres environnementaux juste autour du plant de maïs en serre et plus tard sur le terrain.<br />Les résultats de ce projet seront transmis aux agriculteurs et à la filière maïs sous forme de Bonnes Pratiques Agricoles, accompagnées de conseils d’utilisation lors de la conservation des grains et lors de la transformation des produits. Dans l'esprit du développement durable, tous les résultats de ce projet seront transférés aux différents acteurs de la filière maïs sous la forme d'outils décisionnels pour réduire les risques sanitaires et les intrants chimiques tout en leur montrant que le moyen de lutte est économiquement viable. La gouvernance sera établie par la création de cartes de contrôle, regroupant indicateurs et actions correctives. Tout cela aidera à éviter les situations de crise.
Tout d’abord, le criblage des bactéries du sol efficaces pour lutter contre la production d’AFB1 chez A. flavus, se fait par une approche microbiologique sur boîte de Pétri en choisissant 2 critères : croissance simultanée des 2 microorganismes et réduction de la production d’AFB1. Ensuite, pour comprendre le mode d’action des bactéries du sol, nous suivons notamment l’expression des gènes de la voie de biosynthèse de l’AFB1. Une recherche des métabolites secondaires est effectuée par des outils chromatographiques. Une approche toxicologique est réalisée pour valider l’innocuité du système de lutte biologique retenu. L’application de la/les bactérie(s) sur du maïs est validée en serre et les paramètres environnementaux (Activité de l’eau et Température) sont suivis grâce à la mise au point de capteurs. Enfin, des outils de développement durable (tableau de bord, cartes de contrôle, mise en place d’actions correctives…) sont mobilisés afin de transférer à la filière maïs l’ensemble des résultats de ce projet.
Par rapport aux deux critères mentionnés dans la partie « méthodes », 12 souches sur 38 testées ont répondu positivement. Certaines d’entre elles peuvent également diminuer la concentration en AFB1 dans un milieu de culture seul, en l’absence du champignon producteur. Les profils chromatographiques montrent dans ce cas l’apparition de nouveaux composés, dont l’identification et la toxicité sont en cours d’étude. L’étude de l’expression de certains gènes d’Aspergillus flavus impliqués dans la biosynthèse de l’AFB1, en présence des actinobactéries sélectionnées, a également démarré.
Les capteurs [Aw, T°C] ont été modifiés et placés en serre. Sur une première campagne en serre, il a été possible de maîtriser la contamination des épis de maïs par A. flavus pour créer une aspergillose sur épis. De plus, des inoculations par les isolats d’Actinomycètes ont été réalisées sur des grains de maïs.
Un site intranet a été développé.
La perspective directe du projet est la commercialisation de l’agent de lutte biologique. Pour se faire, il faudra encore passer différentes phases comme la production et la formulation de la ou les bactéries finalement retenues.
Il serait aussi intéressant de tester l’efficacité de l’agent de lutte biologique sélectionné dans cette étude sur la production d’autres mycotoxines contaminants le maïs ou d’autres produits alimentaires. En effet, des cultures comme le maïs peuvent être multicontaminées, et d’autres interactions pourront donc être envisagées.
Des communications orales et par affiche ont été effectuées dans plusieurs congrès nationaux et internationaux sur les mycotoxines :
C. Verheecke, M. Darriet, T. Liboz, N. Sabaou and F. Mathieu. «Involvement of Actinobacteria in the reduction of Aflatoxin B1 & B2 biosynthesis by Aspergillus flavus. Communication orale, ISM-MycoRed International Conference «Europe 2013«, 27 au 31 Mai 2013, Martina-Franca, Italie.
C. Verheecke, K. Damak, T. Liboz et F. Mathieu. «Impact de l’Aw et la Température sur la croissance et la production d’Aflatoxine B1 par Aspergillus flavus». Communication orale, Journée Mycotoxines 2013, 1er Février 2013, Brest, France.
C. Verheecke, M. Darriet, T. Liboz, N. Sabaou and F. Mathieu. «Involvement of Actinobacteria in the reduction of Aflatoxin B1 biosynthesis by Aspergillus flavus». Communication par affiche, WMFmeetsIUPAC2012, 5 au 9 Novembre 2012, Rotterdam, Pays-Bas.
The aflatoxin B1 (AFB1) is a mycotoxin that contaminates cereals and creates problems for the food industry. It is also found in milk and dairy products as its metabolite aflatoxine M1. The AFB1 mycotoxin is the only one classified as human carcinogen (IARC group 1). It is therefore crucial to minimize its presence in Food and Feed.
The AFB1 is produced by Aspergillus fungi genus including A. flavus. Significant AFB1 concentrations on harvest samples collected at maize field are too frequently found in Europe (5 to 20 ppb in northern Italy) especially during hot summers as in 2003.The announced global warming suggests an increase of such situations in the near future.
The first objective of this project is to provide a predictive model for AFB1 production by A. flavus in maize field according to 2 environmental parameters, water activity (Aw) and temperature (T°C). An in vitro model will be established. For its validation, [Aw, T°] sensor measurements will be collected in the close crop environment in greenhouse and at field. The final model will also consider the competitive interactions with the trichothecene B producer Fusarium graminearum and the fumonisins F. verticillioides one.
In alarming situations, the project proposes decision making tools and a biocontrol at field based on soil born bacteria used as an alternative to chemical inputs. The biocontrol focuses on the interruption of AFB1 biosynthesis. Intermediates of AFB1 biosynthetic pathway and other side-products will be searched and their residual toxicity will be assessed.
The greenhouse tests deal with the optimization of AFB1 biocontrol and AFB1 contamination prevention. The best couple bacteria-maize against AFB1 will be studied and validated in the greenhouse. Attention will be given to conceive the best application of the biocontrol and to validate its safety. The chosen formula will be applied at different physiological maize stages. The efficiency will be tested, during ripening and after harvest of maize kernels. To choose the biocontrol, it will be necessary to take into account the technical possibilities available at field to treat crop and later grains.
[Aw, T ] sensors developed by ECCLOR will be refined and validated. They will be used to improve the model with greenhouse and field data. Results of this project (WP1, WP2 and WP3) will be delivered in agricultural development and on the maize chain as Good Agricultural Practices accompanied by advices on grain conservation and products process.
In the sustainable development spirit, all WP results will be transferred to the different actors of the maize chain in the form of decision making tools to reduce the sanitary risk, chemical inputs and to be economically feasible. The social aspect studies the perception of AFB1 risk management in foods by the different maize chain actors and consumers. Governance will be established based on score-cards including indicators and corrective actions. All this will help to avoid crisis situations.
This project links 6 partners having different skills (microbiology, molecular biology, plant physiology, electronic, modelisation, toxicology and human sciences) to produce a sustainable maize and transformation products.
Project coordination
Florence MATHIEU (INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE) – mathieu@ensat.fr
The author of this summary is the project coordinator, who is responsible for the content of this summary. The ANR declines any responsibility as for its contents.
Partner
LGC INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE
INRA TOXALIM UMR1331 INSTITUT NATIONAL DE LA RECHERCHE AGRONOMIQUE -CENTRE DE RECHERCHE DE TOULOUSE
ECCLOR ECCLOR EUROPE
Help of the ANR 811,081 euros
Beginning and duration of the scientific project:
November 2011
- 42 Months
