Contamination par les pesticides: Que peuvent faire les microbiologistes?

« Contamination par les pesticides: que peuvent faire les microbiologistes? », source article de James W B. Moir Département de biologie, Université de York, Royaume-Uni. Texte publié dans Microbiologist de mars 2019, une revue de la Society for Applied Microbiology.

Qu'est-ce que cela a à voir avec la microbiologie?

Traditionnellement, très peu. La préparation de l'eau brute (réservoir ou rivière) destinée à la consommation est traitée comme un processus physico-chimique plutôt que biologique. Les analyses réglementaires de la présence de pesticides dans l'environnement ne prennent pas en compte les processus biologiques tels que l'adaptation évolutive, malgré des preuves bien établies que la biodégradation accélérée des pesticides survient en réponse à leur utilisation historique ou récente.

La technologie n’existant pas en vase clos, et pour informer et influencer le développement de solutions technologiques, les microbiologistes doivent s’engager avec les parties prenantes pour comprendre les problèmes et envisager l’espace dans lequel des solutions pourraient exister. En ce qui concerne les pesticides, ces parties prenantes comprennent les compagnies des eaux chargées de fournir de l’eau propre, les agriculteurs qui utilisent des pesticides sur leurs terres, les autorités réglementaires qui définissent les politiques en matière d’utilisation des pesticides, les ingénieurs qui conçoivent des stations de traitement de l’eau et les consommateurs. qui veulent une eau propre.

La conception physico-chimique et l’infrastructure des stations de traitement de l’eau ne sont qu’un élément dans un contexte plus large de la « gestion du captage » dans lequel les compagnies des eaux travaillent en liaison avec les contributeurs agricoles et industriels pour réduire les risques de contamination.

L'eau potable n'est pas stérile et le sol est la structure la plus diversifiée sur le plan microbiologique. Des bactéries du sol spécialisées capables de dégrader des pesticides problématiques peuvent être facilement isolées et étudiées en laboratoire. Il doit être possible de tirer parti de la puissance de la catalyse biologique dans ce contexte pour développer des solutions technologiques permettant de limiter la contamination par les pesticides. Les microbiologistes pourraient utiliser ces ressources naturelles pour avoir un impact dans trois domaines principaux: (i) traitement; (ii) diagnostic et (iii) réglementation et politique.

Traitement

Nous avons travaillé récemment sur un pesticide, le métaldéhyde, un éther cyclique qui ne se dégrade pas par les méthodes classiques de traitement de l'eau (comme le charbon actif en grains). Cependant, les bactéries susceptibles de dégrader le métaldéhyde peuvent être isolées et peuvent être utilisées dans le traitement de l'eau. La bioaugmentation de ces micro-organismes dans les stations d’épuration pose de nombreux défis, car les bactéries risquent de ne pas être retenues ou de ne pas dégrader le pesticide en présence d’autres substrats carbonés potentiels présents dans l’eau.

La faisabilité du traitement biologique nécessite des essais à diverses échelles et en utilisant divers paramètres de traitement, des installations de traitement des eaux municipales au fossé à côté champ. La connaissance et la compréhension des mécanismes biologiques sous-jacents nous permettront d’avoir des tests de diagnostic biologique plus intelligents du potentiel de dégradation dans un contexte donné. Imaginez un test par la PCR quantitative pour des gènes dégradant les pesticides, ce qui ajoutera une nouvelle richesse en analyse biologique au processus de traitement de l'eau.

La persistance des pesticides dans l’environnement dépend de facteurs physico-chimiques et des processus biologiques dans le microbiome du sol.

Diagnostic

Les méthodes de surveillance actuelles font appel à des méthodes sophistiquées de logistique et de chromatographie de pointe en laboratoire, susceptibles de ne pas être traduites en essais sur le terrain, ni de s’appliquer dans les pays en voie de développement dotés de structures institutionnelles fragiles. La sensibilité et la spécificité biologiques offrent le potentiel pour la conception de nouveaux diagnostics basés sur des biocapteurs capables de détecter et de quantifier les résidus de pesticides.

Sans présupposer complètement les besoins des parties prenantes, les microbiologistes peuvent définir une série de voies possibles vers de nouveaux diagnostics reposant sur la microfluidique couplée à des méthodes d'analyse biophysique, des capteurs à base d'anticorps ou des stratégies basées sur des essais biologiques sur des cellules microbiennes vivantes intactes. Une gamme d'approches pour le développement de diagnostics nous permettra de développer des outils qui fonctionnent dans différents contextes, que cela soit régi par le coût, la vitesse, la robustesse ou d'autres spécifications pouvant être établies en liaison avec les utilisateurs finaux.

Réglementation et politique

La persistance des pesticides dans l’environnement dépend de facteurs physico-chimiques dans les sols mais également de processus biologiques dans le microbiome du sol. Compte tenu de la variation spatio-temporelle de l'activité microbienne, il faudra collecter davantage de données sur la prédisposition métagénomique à la dégradation des pesticides et sur son évolution dans le temps et à travers les paysages. Cela impliquera également un changement de paradigme pour les autorités de réglementation, prenant en compte les variables biologiques qui ont jusqu'à présent été écartées au profit de propriétés chimiques/physiques plus faciles à mesurer.

Les connaissances sur le potentiel de dégradation pourraient également avoir un impact sur l’utilisation des pesticides par les agriculteurs, afin de garantir la meilleure dose et une utilisation plus efficace et durable.

En fin de compte, les interventions chimiques de l’homme dans l’agriculture continueront d’être nécessaires pour parvenir à l’augmentation de rendement nécessaire pour nourrir la population mondiale. L'application de la recherche microbiologique peut permettre une utilisation durable des pesticides et autres produits agrochimiques et résoudre les problèmes de contamination en aval qui se posent.