Une nouvelle étude suggère que les particules de plastique renforcent les biofilms de E. coli ; les chercheurs soulignent les implications pour la sécurité sanitaire de l'eau potable

« Une nouvelle étude suggère que les particules de plastique renforcent les biofilms de E. coli ; les chercheurs soulignent les implications pour la sécurité sanitaire de l'eau potable », source Food Safety Magazine.

Les microplastiques et les nanoplastiques pourraient aider les bactéries pathogènes à survivre aux efforts d'élimination, leur permettant ainsi de persister dans les systèmes d'eau potable, selon une nouvelle étude publiée dans Water Research.

Plus précisément, les chercheurs ont constaté que les nanoplastiques peuvent renforcer les biofilms bactériens qui se développent à l'intérieur des canalisations d'eau potable et autres infrastructures hydrauliques. Ces biofilms deviennent plus résistants à la désinfection au chlore, ce qui peut rendre l'éradication des bactéries pathogènes des systèmes de traitement et de distribution d'eau plus difficile.

Les microplastiques et les nanoplastiques constituent déjà une préoccupation croissante de santé publique en raison de l'exposition alimentaire via l'eau et les aliments, dont l'ampleur et les conséquences sanitaires restent encore mal connues. L’étude récente suggère que ces particules de plastique pourraient affecter indirectement la santé humaine en influençant le comportement de pathogènes comme Escherichia coli dans les systèmes aquatiques.

« Il est crucial de mieux comprendre les effets néfastes des nanoplastiques sur la santé humaine, mais aussi sur l'environnement, ce qui a une incidence indirecte sur la santé humaine », a déclaré Jingqiu Liao, co-auteur de l'étude. « Les nanoplastiques peuvent favoriser la survie des agents pathogènes résistants aux antimicrobiens, ce qui pourrait nuire à l'environnement et avoir des conséquences sur la santé publique. »

L'étude a été réalisée par des chercheurs de Virginia Tech, de l'Université Rice, de l'Académie chinoise des sciences, de l'Institut fédéral suisse des sciences et technologies aquatiques et de l'Université du Zhejiang

Les nanoplastiques renforcent les biofilms de E. coli et de Pseudomonas

Les biofilms sont des communautés de bactéries qui adhèrent aux surfaces et s'entourent d'une matrice protectrice appelée substances polymériques extracellulaires (extracellular polymeric substances pour EPS). Ces communautés microbiennes qui se développent dans les réseaux de distribution d'eau potable peuvent héberger des pathogènes opportunistes et rendre leur élimination plus difficile.

Pour comprendre l'influence des nanoplastiques sur la dynamique des biofilms, les chercheurs ont exposé des biofilms composés de deux espèces bactériennes, Escherichia coli et Pseudomonas aeruginosa, à des nanoplastiques de polystyrène chargés positivement et négativement, à des concentrations environnementales pertinentes allant de 100 à 1 000 nanogrammes par litre (ng/L). Les nanoplastiques chargés positivement ont produit les effets les plus marqués.

Les chercheurs ont constaté que les nanoplastiques pénétraient dans les cellules bactériennes et augmentaient le stress oxydatif, faisant augmenter les niveaux de dérivés réactifs de l'oxygène d'environ 2,2 fois. Ce stress activait les bactériophages dormants, des virus infectant les bactéries, provoquant une lyse partielle des cellules de E. coli et la libération de matériel intracellulaire dans le biofilm environnant.

Parallèlement, des analyses transcriptomiques et protéomiques ont montré que les nanoplastiques activaient les réponses au stress chez les bactéries, stimulaient la réplication des bactériophages et renforçaient le quorum sensing, un système de communication chimique utilisé par les bactéries pour coordonner leur comportement collectif. En communiquant entre elles, les bactéries sécrétaient de plus grandes quantités d'EPS, produisant ainsi des biofilms plus épais, plus denses et plus protecteurs.

Les chercheurs ont également observé l'activation des systèmes de défense antiviraux bactériens en réponse aux prophages, des bactériophages qui insèrent leur génome dans l'ADN de bactéries hôtes et détruisent les cellules bactériennes qu'ils infectent tout en produisant un grand nombre de nouvelles particules virales. Pour se défendre contre ces prophages, les bactéries utilisent le système CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats), un ensemble de séquences d'ADN ou d'ARN.

Ensemble, ces processus ont augmenté la quantité d'ADN extracellulaire au sein du biofilm, amélioré sa résistance mécanique d'environ 1,5 fois et accru significativement sa résistance à la désinfection au chlore. L'analyse métagénomique des biofilms présents dans les pipelines a suggéré que ces interactions bactéries-phages favorisaient également le développement de communautés de biofilms multi-espèces plus résilientes.

Les auteurs ont conclu que des biofilms plus résistants et plus robustes aux désinfectants pourraient créer de nouveaux défis pour les systèmes de traitement et de distribution d'eau potable en rendant les biofilms plus difficiles à éradiquer des surfaces des infrastructures.

Des recherches futures sont nécessaires pour identifier les processus moléculaires qui régissent les réponses des biofilms complexes contenant plusieurs espèces microbiennes aux particules de plastique, ainsi que pour comprendre le rôle de la taille des particules (c.-à-d. microplastiques vs nanoplastiques) sur la dynamique bactéries-phages.

Ces conclusions s'appuient sur des preuves émergentes liant les plastiques aux risques microbiens.

Ces nouvelles découvertes viennent s'ajouter à un ensemble croissant de recherches suggérant que les microplastiques et les nanoplastiques peuvent modifier le comportement bactérien de manière à accroître la persistance microbienne, la résistance aux antimicrobiens (RAM) et la virulence.

Par exemple, une étude menée en 2025 par l'Université de Boston a révélé que les microplastiques augmentaient la résistance aux antimicrobiens et la formation de biofilms chez E. coli, ce qui soulève des inquiétudes quant au fait que la pollution plastique pourrait contribuer à la propagation de la résistance aux antimicrobiens parmi les agents pathogènes d'origine alimentaire.

Des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign avaient rapporté des résultats similaires concernant les nanoplastiques. Cette étude avait révélé que les nanoplastiques chargés modifiaient la croissance, la viabilité, les réponses au stress physiologique, la virulence et la formation de biofilm de E. coli pathogène. Une autre étude avait également montré que les nanoplastiques augmentaient la virulence de Salmonella, favorisaient la formation de biofilm et exacerbaient la résistance aux antimicrobiens, les effets étant plus marqués à des concentrations plus élevées.

Prises ensemble, ces études suggèrent que les particules de plastique peuvent influencer les communautés microbiennes par de multiples voies biologiques, augmentant potentiellement la persistance des bactéries pathogènes dans les matrices alimentaires et les systèmes aquatiques.