Une nouvelle étude montre que les microplastiques se transforment en 'hubs ' pour les agents pathogènes et les bactéries résistantes aux antibiotiques

Une seule utilisation d'un exfoliant pour le visage peut libérer de 5 000 à 100 000 microplastiques dans l'environnement. Crédit photo Dung Pham, Chen Wu, NJIT.

«Une nouvelle étude montre que les microplastiques se transforment en 'hubs ' pour les agents pathogènes et les bactéries résistantes aux antibiotiques», source New Jersey Institute of Technology (NJIT).

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

Pourtant, les chercheurs apprennent tous les jours sur 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.

Désormais, des chercheurs du New Jersey Institute of Technology ont montré que les microplastiques omniprésents peuvent devenir des 'plaques tournantes' ou hubs pour la croissance de bactéries et des agents pathogènes résistants aux antibiotiques une fois qu'ils ont lavé les égouts ménagers 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 des résultats publiés dans le Journal of Hazardous Materials Letters d'Elsevier, les chercheurs ont découvert que certaines souches de bactéries augmentaient la résistance aux antibiotiques jusqu'à 30 fois tout en vivant sur des biofilms liés aux 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 en grande partie inconnu», a dit Mengyan Li, professeur 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 ou écosystème 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, en doctorat au NJIT 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 l'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 liés aux microplastiques que dans les tests témoins au laboratoire utilisant des biofilms de sable après seulement trois jours.

Lorsque l'équipe a enrichi les échantillons avec l'antibiotique sulfaméthoxazole, 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» a dit Pham. «La présence d'antibiotiques a cependant un effet multiplicateur significatif.»

Huit espèces différentes de bactéries ont été retrouvées 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 liés aux 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 de biofilm collant qui attire ces agents pathogènes - car elle prolifère, elle 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 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 de résidence aux microbes», a expliqué Li. «Lorsque ces microplastiques pénètrent dans l'usine de traitement des eaux usées et se mélangent aux boues, des bactéries comme 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.»

«Nous avons la preuve que la bactérie a développé une résistance à d'autres antibiotiques de cette manière, comme les aminosides , les bêta-lactames et le triméthoprime», a ajouté Pham.

Maintenant, Li dit que le laboratoire étudie plus en détail le rôl de Novosphingobium dans la formation de biofilm liés aux 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 liés aux 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 approfondir les recherches sur les biofilms liés aux microplastiques dans nos systèmes de traitement des eaux usées et à développer des moyens efficaces pour éliminer les microplastiques dans les environnements aquatiques », a dit Li.

Mise à jour du 21 mai 2021. On lira ce document de l'Anses, Microplastiques et nanomatériaux.