Les microplastiques omniprésents peuvent devenir des «  plaques tournantes  » pour les bactéries résistantes aux antibiotiques

On estime qu’une usine de traitement des eaux usées de taille moyenne desservant environ 400 000 résidents rejettera jusqu’à 2 000 000 de particules microplastiques dans l’environnement chaque jour.

Pourtant, les chercheurs apprennent toujours l’impact environnemental et sur la santé humaine de ces particules de plastique ultra-fines, de moins de 5 millimètres de longueur, présentes dans tout, des cosmétiques, du dentifrice et des microfibres de vêtements, à nos aliments, notre air et notre eau potable.

Maintenant, des chercheurs du New Jersey Institute of Technology ont montré que les microplastiques omniprésents peuvent devenir des «  plaques tournantes  » pour la croissance de bactéries et d’agents pathogènes résistants aux antibiotiques une fois qu’ils ont lavé les égouts domestiques et pénétré dans les usines de traitement des eaux usées – formant une couche visqueuse d’accumulation ou biofilm , sur leur surface qui permet aux micro-organismes pathogènes et aux déchets d’antibiotiques de se fixer et de se mélanger.

Dans les résultats publiés dans Elsevier’s Journal des lettres de matières dangereuses, les chercheurs ont découvert que certaines souches de bactéries augmentaient la résistance aux antibiotiques jusqu’à 30 fois tout en vivant sur des biofilms microplastiques qui peuvent se former à l’intérieur des unités de boues activées dans les usines de traitement des eaux usées municipales.

<< Un certain nombre d'études récentes se sont concentrées sur les impacts négatifs que des millions de tonnes de déchets microplastiques par an ont sur nos environnements d'eau douce et océanique, mais jusqu'à présent, le rôle des microplastiques dans les processus de traitement des eaux usées de nos villes a été largement inconnu », a déclaré Mengyan Li, professeur agrégé de chimie et de sciences de l'environnement au NJIT et auteur correspondant de l'étude.

«Ces usines de traitement des eaux usées peuvent être des points chauds où convergent divers produits chimiques, bactéries résistantes aux antibiotiques et agents pathogènes et ce que notre étude montre, c’est que les microplastiques peuvent servir de vecteurs, posant des risques imminents pour le biote aquatique et la santé humaine s’ils contournent le processus de traitement de l’eau. « 

«La plupart des usines de traitement des eaux usées ne sont pas conçues pour l’élimination des microplastiques, elles sont donc constamment rejetées dans le milieu récepteur», a ajouté Dung Ngoc Pham, Ph.D. NJIT. candidat et premier auteur de l’étude.

«Notre objectif était de déterminer si les microplastiques enrichissent ou non les bactéries résistantes aux antibiotiques des boues activées dans les usines de traitement des eaux usées municipales, et si oui, en savoir plus sur les communautés microbiennes impliquées.

Dans leur étude, l’équipe a collecté des lots d’échantillons de boues de trois usines de traitement des eaux usées domestiques dans le nord du New Jersey, inoculant les échantillons dans le laboratoire avec deux microplastiques commerciaux répandus – le polyéthylène (PE) et le polystyrène (PS).

L’équipe a utilisé une combinaison de PCR quantitative et de techniques de séquençage de nouvelle génération pour identifier les espèces de bactéries qui ont tendance à se développer sur les microplastiques, en suivant les changements génétiques des bactéries en cours de route.

L’analyse a révélé que trois gènes en particulier – sul1, sul2 et intI1 – connus pour favoriser la résistance aux antibiotiques courants, les sulfamides, se sont révélés jusqu’à 30 fois plus importants sur les biofilms microplastiques que dans les tests de contrôle du laboratoire utilisant des biofilms de sable après juste trois jours.

Lorsque l’équipe a enrichi les échantillons avec l’antibiotique sulfaméthoxazole (SMX), ils ont constaté qu’il amplifiait encore plus les gènes de résistance aux antibiotiques jusqu’à 4,5 fois.

« Auparavant, nous pensions que la présence d’antibiotiques serait nécessaire pour améliorer les gènes de résistance aux antibiotiques dans ces bactéries associées aux microplastiques, mais il semble que les microplastiques peuvent naturellement permettre l’absorption de ces gènes de résistance par eux-mêmes. » dit Pham. « La présence d’antibiotiques a cependant un effet multiplicateur significatif. »

Huit espèces différentes de bactéries ont été trouvées hautement enrichies sur les microplastiques. Parmi ces espèces, l’équipe a observé deux agents pathogènes humains émergents généralement liés à une infection respiratoire, Raoultella ornithinolytica et Stenotrophomonas maltophilia, faisant fréquemment de l’auto-stop sur les biofilms microplastiques.

L’équipe affirme que la souche de loin la plus courante trouvée sur les microplastiques, Novosphingobium pokkalii, est probablement un initiateur clé dans la formation du biofilm collant qui attire ces agents pathogènes – car il prolifère, il peut contribuer à la détérioration du plastique et étendre le biofilm. Dans le même temps, l’étude de l’équipe a mis en évidence le rôle du gène intI1, un élément génétique mobile principalement responsable de permettre l’échange de gènes de résistance aux antibiotiques entre les microbes liés aux microplastiques.

Nous pourrions considérer les microplastiques comme de minuscules perles, mais ils fournissent une énorme surface pour les microbes. Lorsque ces microplastiques pénètrent dans l’usine de traitement des eaux usées et se mélangent aux boues, des bactéries comme le Novosphingobium peuvent accidentellement se fixer à la surface et sécréter des substances extracellulaires semblables à de la colle. Au fur et à mesure que d’autres bactéries se fixent à la surface et se développent, elles peuvent même échanger de l’ADN entre elles. C’est ainsi que les gènes de résistance aux antibiotiques se propagent dans la communauté. « 

Mengyan Li, auteur correspondant à l’étude et Associate Pprofesseur de Chémisie et Environmental Science, Institut de technologie du New Jersey

« Nous avons des preuves que les bactéries ont développé une résistance à d’autres antibiotiques de cette façon, comme l’aminoside, le bêta-lactame et le triméthoprime », a ajouté Pham.

Maintenant, Li dit que le laboratoire étudie plus en détail le rôle du novosphingobium dans la formation de biofilm sur les microplastiques. L’équipe cherche également à mieux comprendre dans quelle mesure ces microplastiques porteurs d’agents pathogènes peuvent contourner les processus de traitement de l’eau, en étudiant la résistance des biofilms microplastiques pendant le traitement des eaux usées avec des désinfectants tels que les rayons UV et le chlore.

« Certains États envisagent déjà de nouvelles réglementations sur l’utilisation des microplastiques dans les produits de consommation. Cette étude appelle à une enquête plus approfondie sur les biofilms microplastiques dans nos systèmes de traitement des eaux usées et au développement de moyens efficaces pour éliminer les microplastiques dans les environnements aquatiques », a déclaré Li.