Une étude révèle que les nanoplastiques peuvent réduire l’efficacité des antibiotiques et favoriser la résistance en formant des agrégats stables avec les médicaments.
Étude : L'adsorption de médicaments sur les nanoplastiques a de graves conséquences biologiquesct. Crédit d’image : AlexandrMusuc/Shutterstock.com
Dans une étude récente publiée dans Scientific Reports, des chercheurs ont rapporté que l’adsorption de médicaments sur les micro et nanoplastiques (MNP) avait de graves conséquences.
Sommaire
Introduction
La dégradation du plastique entraîne la formation de particules de formes, tailles et compositions diverses. La recherche suggère que ces fragments de taille micro et nano, à savoir les MNP, sont présents dans l’environnement et pénètrent dans le corps humain, même dans les cellules.
Les MNP peuvent adsorber différentes substances et les délivrer aux organismes vivants. Les perturbateurs endocriniens font partie des composés qui pénètrent dans les formes de vie et déclenchent des effets toxiques.
Les médicaments résiduels présents dans les eaux usées pourraient pénétrer dans le corps humain et animal, provoquant des changements physiologiques. Ceci est particulièrement préoccupant dans le cas des antimicrobiens ; les bactéries exposées à ces composés peuvent développer une résistance.
En outre, l’abondance des gènes de résistance a augmenté en raison de l’utilisation anthropique continue (ou abusive) des antimicrobiens. En outre, les MNP offrent une surface de colonisation aux microbes, servant de vecteurs de transmission.
À propos de l'étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont évalué les interactions de la tétracycline (TC), un antibiotique à large spectre, avec les nanoplastiques et si son activité biologique est altérée.
Quatre types de plastiques ont été sélectionnés : le polystyrène (PS), le polyéthylène (PE), le nylon 6,6 (N66) et le polypropylène (PP) ; ceux-ci étaient désormais appelés NP au lieu de MNP car leur taille ne dépassait pas l’échelle nanométrique. Deux approches ont été utilisées pour générer des complexes TC-NP par calcul chimique.
Tout d’abord, le NP a été replié à partir de chaînes polymères individuelles en présence de TC via plusieurs configurations de recuit simulé (SA). Dans la deuxième approche, la méthode des particules libres (FP), le NP était pré-plié à travers le SA et le TC était placé sur sa surface dans différentes orientations.
Toutes les conformations ont subi une optimisation géométrique. En outre, des calculs de chimie quantique semi-empirique ont été effectués, et les énergies de sorption et les modes de liaison ont été dérivés de ces calculs.
Deux simulations de dynamique moléculaire ont été réalisées pour chaque NP afin d'analyser le comportement de solvatation et l'influence de la température des agrégats TC-NP.
Enfin, les chercheurs ont évalué les effets de particules de plastique (PE téréphtalate (PET), PS ou PE) sur l'activité du TC dans des lignées cellulaires de souris et humaines, dans lesquelles l'expression d'une protéine rapporteuse fluorescente était régulée par un mécanisme contrôlé par le TC. promoteur.
Résultats
Les approches FP et SA ont généré 104 agrégats pour chaque NP. Les énergies totales relatives des structures étaient variables. Les données FP sont moins dispersées puisque ces agrégats de conformères variaient exclusivement dans leur structure de surface. La diffusion était la plus faible pour le PE mais la plus élevée pour le PS et le PP.
Le repliement des complexes TC-NP dans la méthode SA a permis d'ajuster les chaînes de polymères au TC et de sélectionner la meilleure conformation possible pour maximiser la somme des interactions NP-TC et NP-NP.
La méthode FP a donné des structures considérablement moins stables que l’approche SA. Dans l’ensemble, l’approche SA a donné de meilleurs résultats que la méthode FP.
Sur PE, le côté le moins polaire du TC était attaché au NP et les groupes hydroxyle, amide et carbonyle étaient pointés vers le solvant aqueux. En revanche, sur N66, l’alignement du TC était inverse et les interactions polaires entre TC et N66 étaient plus fortes que leur solvatation.
Dans la méthode SA, le TC était souvent à l'intérieur du NP, enfoui sous les chaînes polymères. De plus, des simulations de dynamique moléculaire de deux structures TC-NP de chaque plastique dans l'eau ont révélé des différences significatives dans les mobilités des chaînes NP.
Les chaînes PS étaient les moins mobiles, avec les plus grands groupes fonctionnels attachés à leur squelette polyoléfinique pouvant constituer une gêne ou une friction stérique.
De même, le mouvement du N66 était également entravé en raison des fortes liaisons hydrogène entre les groupes amide. Le réarrangement du PP était remarquable, avec des écarts près de deux fois plus importants que les structures de départ, ce qui suggère qu'il pourrait se réorganiser suffisamment pour accueillir le TC à l'intérieur.
De plus, le TC s'est diffusé de manière significative au-dessus des particules de N66 et de PP. Alors que TC s'est détaché du PS lors de l'équilibrage, il s'est rattaché au fil du temps.
Dans les simulations commençant par TC à la surface des NP, le nombre de liaisons hydrogène était élevé, avec de nombreux sites accepteurs et donneurs de liaisons hydrogène occupés par une molécule d'eau.
En revanche, il y avait des différences significatives dans les simulations commençant avec TC à l’intérieur des NP. PS et N66 retenaient la molécule médicamenteuse à l’intérieur ; en tant que tel, les sites de liaison hydrogène du TC étaient inaccessibles aux molécules d’eau.
De plus, les sites de liaison hydrogène N66 peuvent interagir avec TC ; ainsi, ils entrent en compétition avec l’eau pour l’antibiotique. Pour le PP et le PE, le nombre de liaisons hydrogène entre le TC et l'eau était élevé, similaire à celui des simulations avec TC à la surface des NP.
Enfin, l’incubation de cellules avec PS, PE ou PET a réduit de manière significative l’expression de la protéine rapporteuse fluorescente induite par TC dans les deux lignées cellulaires.
Conclusions
Dans l’ensemble, l’étude a étudié les interactions des NP avec le TC. Le repliement des NP en présence de TC a abouti à des structures à haute énergie, permettant la réorientation et l'ajustement des chaînes polymères au médicament. La méthode SA a donné les complexes TC-NP les plus stables. De plus, TC était plus souvent situé à l’intérieur des NP.
Plus loin, in vitro des expériences ont montré que l'effet du TC était considérablement réduit en présence de plastiques. Dans l’ensemble, les résultats indiquent que les MNP présentent des risques importants pour la santé, car ils peuvent modifier l’absorption des médicaments, faciliter leur transport vers de nouveaux emplacements et augmenter les concentrations locales de l’antibiotique, favorisant potentiellement la résistance.
