Il ne suffit pas de retirer les bactéries résistantes aux antibiotiques des eaux usées pour éliminer les risques qu'elles présentent pour la société. Les morceaux qu'ils laissent doivent également être détruits.
Les chercheurs de la Brown School of Engineering de l'Université Rice ont une nouvelle stratégie pour « piéger et zapper » les gènes résistants aux antibiotiques, les morceaux de bactéries qui, même si leurs hôtes sont morts, peuvent trouver leur chemin et augmenter la résistance d'autres bactéries.
L'équipe dirigée par l'ingénieur en environnement Rice Pedro Alvarez utilise des nanofeuilles de nitrure de carbone graphitique à empreinte moléculaire pour absorber et dégrader ces restes génétiques dans les eaux usées du système d'égouts avant qu'ils n'aient la chance d'envahir et d'infecter d'autres bactéries.
Les chercheurs ont ciblé des gènes résistants aux antibiotiques (ARG) codés par plasmide codant pour la métallo-bêta-lactamase 1 de New Delhi (NDM1), connue pour résister à plusieurs médicaments. Lorsqu'elles sont mélangées en solution avec les ARG et exposées à la lumière ultraviolette, les nanofeuilles traitées se sont avérées 37 fois plus efficaces pour détruire les gènes que le nitrure de carbone graphitique seul.
Le travail effectué sous les auspices du Centre de recherche en ingénierie des nanosystèmes basé sur le riz pour le traitement de l'eau par nanotechnologie (NEWT) est détaillé dans le journal de l'American Chemical Society Sciences et technologies environnementales.
Cette étude répond à une préoccupation croissante, l'émergence de bactéries multirésistantes appelées superbactéries. Ils devraient provoquer 10 millions de décès annuels d'ici 2050.
En tant qu'ingénieur en environnement, je crains que certaines infrastructures hydrauliques puissent héberger des superbactéries. Par exemple, une usine de traitement des eaux usées à Tianjin que nous avons étudiée est un terrain fertile, rejetant cinq souches NDM1 positives pour chacune d'entre elles. Le bassin d'aération est comme un hôtel de luxe où toutes les bactéries se développent.
Malheureusement, certaines superbactéries résistent à la chloration et les bactéries résistantes qui meurent libèrent des ARG extracellulaires qui se stabilisent par l'argile dans les environnements récepteurs et transforment les bactéries indigènes, devenant des réservoirs résistants. Cela souligne la nécessité d'une innovation technologique pour empêcher la décharge des ARG extracellulaires.
Dans cet article, nous discutons d'une stratégie piège-et-zap pour détruire les ARG extracellulaires. Notre stratégie consiste à utiliser des revêtements à empreinte moléculaire qui améliorent la sélectivité et minimisent les interférences des composés organiques de fond. «
Pedro Alvarez, directeur du NEWT Center
L'empreinte moléculaire, c'est comme faire une serrure qui attire une clé, un peu comme les enzymes naturelles avec des sites de liaison qui ne s'adaptent qu'aux molécules de la bonne forme. Pour ce projet, les molécules de nitrure de carbone graphitique sont le verrou, ou photocatalyseur, personnalisé pour absorber puis détruire le NDM1.
Pour fabriquer le catalyseur, les chercheurs ont d'abord recouvert les bords de la nanofeuille avec un polymère, de l'acide méthacrylique et de la guanine incorporée. « La guanine est la base d'ADN la plus facilement oxydée », a déclaré Alvarez. « La guanine est ensuite lavée avec de l'acide chlorhydrique, qui laisse son empreinte. Cela sert de site d'adsorption sélective pour l'ADN environnemental (eDNA). »
L'étudiant diplômé en riz Danning Zhang, co-auteur principal du document, a déclaré que le nitrure de carbone a été choisi pour les nanofeuilles de base car il est non métallique et est donc plus sûr à utiliser et pour sa disponibilité facile.
Alvarez a noté que tous les catalyseurs sont efficaces pour éliminer les ARG de l'eau distillée, mais pas aussi efficaces dans les effluents secondaires, un produit des usines de traitement des eaux usées après l'élimination des solides et des composés organiques.
« Dans les effluents secondaires, vous avez des récupérateurs d'espèces réactives de l'oxygène et d'autres composés inhibiteurs », a déclaré Alvarez. « Cette stratégie de piège et de zap améliore considérablement l'élimination du gène eDNA, surpassant clairement les photocatalyseurs commerciaux. »
Les chercheurs ont écrit que les procédés de désinfection conventionnels utilisés dans les usines de traitement des eaux usées, y compris la chloration et le rayonnement ultraviolet, sont modérément efficaces pour éliminer les bactéries résistantes aux antibiotiques mais relativement inefficaces pour éliminer les ARG.
Ils espèrent que leur stratégie pourra être adaptée à l'échelle industrielle.
Zhang a déclaré que le laboratoire n'avait pas encore effectué de tests approfondis sur d'autres ARG. « La guanine étant un constituant commun de l'ADN, et donc des ARG, cette approche devrait également dégrader efficacement les autres eARG », a-t-il déclaré.
Il est possible d'améliorer le processus actuel, malgré son extraordinaire succès initial. « Nous n'avons pas encore tenté d'optimiser le matériau photocatalytique ou le processus de traitement », a déclaré Zhang. « Notre objectif est d'offrir une preuve de concept que l'impression moléculaire peut améliorer la sélectivité et l'efficacité des processus photocatalytiques pour cibler les eARG. »
La source:
Référence de la revue:
Yuan, Q., et al. (2020) Adsorption sélective et dégradation photocatalytique des gènes de résistance aux antibiotiques extracellulaires par le nitrure de carbone graphitique à empreinte moléculaire. Sciences et technologies environnementales. doi.org/10.1021/acs.est.9b06926.
