Une étude soigneusement contrôlée sur l'irrigation de la laitue révèle que même si les eaux usées traitées secondairement peuvent toujours comporter des risques de résistance aux antimicrobiens, le traitement tertiaire limite considérablement ce qui atteint la culture.
Étude : Impact de la réutilisation des eaux usées traitées en agriculture sur le transfert de bactéries et de gènes résistants aux antimicrobiens vers les cultures comestibles : une perspective One Health. Crédit image : Jasmine_K/Shutterstock.com
L’utilisation d’eaux usées traitées pour irriguer les cultures vivrières préserve les ressources en eau, mais les risques qui y sont associés sont mal compris. Une étude récente publiée dans la revue Frontières de la microbiologie examine la propagation des gènes de résistance aux antimicrobiens via les eaux usées traitées utilisées sur les cultures dans un cadre expérimental contrôlé.
Sommaire
Équilibrer la pénurie d’eau et les risques liés à la sécurité alimentaire
L’eau fait partie des ressources naturelles les plus appréciées, car elle constitue la base de la vie et de l’agriculture. La production alimentaire durable constitue un défi majeur dans un contexte de pénurie croissante d’eau, ce qui incite à utiliser des sources d’eau alternatives telles que l’eau recyclée.
Les eaux usées, qu'elles soient traitées ou non, sont utilisées pour irriguer les cultures dans plus de 50 pays et sur plus de 20 millions d'hectares de terres sur presque tous les continents, dans des zones confrontées à des pénuries d'eau. Par exemple, la Commission européenne (CE) promeut l'utilisation de stations d'épuration des eaux usées urbaines (STEP) les effluents comme substitut librement disponible à l'eau douce pour l'irrigation.
Cependant, le recyclage des eaux usées comporte un risque de contamination des cultures par des agents pathogènes d’origine alimentaire. Ce risque est plus important avec les produits frais, car ils sont consommés crus.
Les eaux usées transportent également des antibiotiques, des bactéries résistantes aux antibiotiques (ARA) et les gènes de résistance aux antimicrobiens (ARG). Les conditions de traitement des eaux usées favorisent l’émergence de souches bactériennes résistantes aux médicaments et la transmission des ARG, contribuant ainsi à la propagation de la résistance aux antimicrobiens (RAM). Ceci est particulièrement important lorsqu’il s’agit de gènes de résistance aux antibiotiques de dernier recours, comme la bêta-lactamase à spectre étendu (BLSE), qui inactivent un large éventail d'antibiotiques bêta-lactamines.
La RAM a causé 1,27 million de décès en 2019 et est liée directement ou indirectement à près de cinq millions de décès dans le monde. Ainsi, les efforts visant à maintenir les normes microbiologiques et AMR pour la réutilisation des eaux usées en agriculture sont extrêmement pertinents.
Des recherches antérieures ont démontré que les STEP diminuent les concentrations d’ARB mais n’éliminent pas les ARG. Cependant, les recherches sur l’irrigation par eaux usées ont produit des résultats contradictoires, peut-être en raison des variations des conditions environnementales, des propriétés du sol, des types de cultures et des méthodes d’irrigation. La présente étude a examiné la transmission des ARB et des ARG depuis les eaux usées traitées utilisées pour l’irrigation vers une culture de laitue dans des conditions expérimentales contrôlées.
Test du transfert de résistance avec de la laitue et de l'eau récupérée
Les chercheurs ont utilisé un plan expérimental à trois bras pour comparer les taux de transmission de l'ARB et de l'ARG dans la laitue cultivée dans des conditions contrôlées, avec des eaux usées par rapport à de l'eau potable pour l'irrigation. Chacun des trois bras contenait 936 plantules, exposées respectivement à l'eau potable du robinet, aux eaux usées traitées secondairement et aux eaux usées traitées tertiairement. L'ensemble de l'expérience a été reproduit pour garantir la répétabilité.
Les eaux usées utilisées provenaient d’une STEP qui utilisait :
Traitement primaire
- Aération
- Séparation des solides et des matières en suspension
- Dessablage
- Dégraissage
Traitement secondaire
- Procédé à boues activées avec coagulation, floculation et clarification des lamelles
- Traitement tertiaire
- Filtration sur sable
- Désinfection aux ultraviolets C
Les chercheurs ont mesuré la croissance en culture de la bactérie fécale Escherichia coli (E. coli) et BLSE-E. coli (représentant l'ARB). La limite de détection était d'une unité formant colonie (UFC) par 100 ml pour l'eau, et 0,08 CFU par gramme de laitue, équivalent à 1 CFU par 100 ml de lavage de feuilles filtré, pour le produit.
De plus, ils ont utilisé la réaction en chaîne par polymérase quantitative (qPCR) pour évaluer les abondances absolues et relatives d'ARG normalisées aux copies du gène de l'ARNr 16S : blaCTX–M–1, blaTEM, sul1et tetA. Ce sont d’importants marqueurs environnementaux de la RAM et sont largement utilisés pour la surveillance de la RAM.
Résultats de l'étude
Contamination de l'eau
L’eau potable présentait la charge bactérienne la plus faible par rapport aux eaux usées traitées.
Les deux E. coli et BLSE-E. coli étaient indétectables dans les échantillons d’eau potable et d’eaux usées traitées tertiairement. À l’inverse, le traitement secondaire a entraîné des niveaux détectables des deux dans les eaux usées dans tous les échantillons testés, avec des concentrations de plusieurs unités log supérieures à celles de l’eau potable ou traitée tertiaire.
Des tendances similaires ont été observées pour les ARG. L'eau potable présentait de faibles niveaux d'ARG sul1 et blaTEM, tandis que les deux autres étaient indétectables. En revanche, tous les échantillons d’eaux usées traitées contenaient des ARG détectables. Les abondances absolues et relatives d’ARG étaient les plus faibles dans l’eau potable et les plus élevées dans les eaux usées secondaires.
Contamination de la laitue
Avec de la laitue, E. coli a été détecté dans 94 % des plantes cultivées avec des eaux usées traitées secondairement, mais dans 33 % lorsque de l'eau traitée tertiaire ou potable était utilisée. Tests pour les BLSE-E. coli a été détecté dans 61 % du bras secondaire des eaux usées, contre indétectable dans les deux autres bras.
Il est intéressant de noter que les semis présentaient des niveaux détectables de sul1 et tetA au départ. Cela indique la nécessité d'examiner la contamination au niveau des semis, indépendamment de l'irrigation ou de la contamination du sol, tout en soutenant un faible transfert net d'ARG depuis l'eau d'irrigation, en particulier avec les eaux usées traitées tertiairement.
Après l'irrigation, blaCTX–M–1 était principalement associé à la laitue irriguée avec des eaux usées traitées. En même temps, blaTEM, sul1et tetA étaient détectables dans tous les traitements, y compris l’eau potable, ce qui concorde avec les ARG de fond présents dans les semis ou le microbiote associé aux plantes. Encore une fois, les niveaux étaient les plus élevés avec l’irrigation secondaire par eaux usées. Le traitement tertiaire a considérablement réduit l’abondance des ARG, même s’ils sont restés détectables à de faibles niveaux.
Notamment, les concentrations d'ARG détectées dans la laitue ne représentaient qu'environ 6 % de celles présentes dans l'eau d'irrigation traitée secondairement et environ 4 % de celles présentes dans l'eau traitée tertiaire, ce qui indique un transfert limité dans les conditions expérimentales.
L'étude suggère que la charge bactérienne dans l'eau d'irrigation dépend de la source d'eau. Le traitement biologique, c'est-à-dire le traitement secondaire, est insuffisant pour éliminer les bactéries fécales et les ARA détectables, avec des niveaux de bactéries résiduelles plusieurs ordres de grandeur supérieurs à ceux de l'eau potable ou traitée tertiaire. Ces effluents peuvent constituer un réservoir potentiel de ces agents pathogènes, quoique dans une moindre mesure que les eaux usées non traitées.
Les résultats mettent en évidence la nécessité d'un traitement tertiaire des eaux usées destinées à l'irrigation des cultures de produits frais afin de minimiser le transfert bactérien vers les plantes.
Quelle que soit la source d’eau d’irrigation, l’abondance bactérienne totale sur les plantes, mesurée par les copies du gène de l’ARNr 16S, est restée similaire. Cela suggère que d’autres facteurs jouent un rôle majeur dans la colonisation bactérienne des plantes. Ceux-ci pourraient inclure la santé des plantes, l’exposition aux ultraviolets et la compétition avec les souches bactériennes indigènes.
L’étude a notamment retracé l’apparition de bactéries et d’ARG sur les plantes tout au long de leur cycle de croissance. Les résultats corroborent en partie des études antérieures, indiquant un faible risque de transmission de l'ARG via l'irrigation avec des eaux usées traitées dans des conditions contrôlées avec de faibles charges microbiennes et une exposition indirecte des feuilles.
En revanche, d’autres recherches indiquent que les ARG peuvent être directement transférés aux parties comestibles des plantes et au sol par l’irrigation. Cela se produit particulièrement lorsque les charges microbiennes sont élevées dans l’eau d’irrigation, contrairement à la charge microbienne relativement faible des eaux usées traitées dans l’expérience actuelle.
Dans l’ensemble, un transfert significatif d’ARG se produit principalement lorsque la qualité de l’eau est faible, que les charges microbiennes sont élevées ou que l’irrigation met l’eau en contact direct avec les feuilles.
De futures études sur le terrain sont nécessaires pour améliorer la généralisabilité de ces résultats en abordant des facteurs du monde réel tels que les précipitations, les variations saisonnières, les interactions sol-plante et la contamination microbienne environnementale indépendante de l'eau d'irrigation. Des études longitudinales des sols aideraient également à comprendre comment les ARG présents dans le sol se comportent à long terme.
Le traitement avancé des eaux usées minimise les risques de transfert de résistance
L’étude montre que les eaux usées traitées secondairement restent un réservoir potentiel pour l’introduction de bactéries fécales et d’ARA dans les cultures. Ni les eaux usées potables ni les eaux usées traitées tertiairement ne contenaient des niveaux détectables de l'un ou l'autre E. coli ou BLSE-E. coli.
Tous les échantillons d'eaux usées traitées contenaient des ARG en faible abondance, bien qu'avec un faible transfert vers les usines, avec des abondances plus élevées dans les eaux usées traitées secondairement que tertiaire. Parmi les gènes évalués, seulement tetA ont montré des différences d'abondance statistiquement significatives selon les traitements d'irrigation sur la laitue.
Dans cette étude contrôlée, l'eau traitée tertiaire semblait présenter un risque relativement faible pour l'eau potable destinée à l'irrigation en ce qui concerne la transmission de la résistance aux antimicrobiens, et ne devrait pas être considérée comme équivalente dans des conditions de terrain. Les études futures devraient aborder les questions de généralisabilité, la présence d'ARG dans les semis et le rôle des facteurs environnementaux et agronomiques dans la transmission de la RAM par les produits frais.
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