Comment les agents pathogènes survivent et se développent dans un climat changeant

«Comment les agents pathogènes survivent et se développent dans un climat changeant», source article d’Ashley Mayrianne dans Microcosm, le magazine de l’American Society for Microbiology. Extraits.

De nombreuses études sont arrivées à la même conclusion : un changement climatique influencera la santé et le bien-être des humains et de leur environnement. Les changements de température, de précipitations, d'humidité, de concentrations de CO2 et de disponibilité des nutriments peuvent augmenter le risque de maladies à transmission vectorielle et zoonotiques, à la fois dans de nouvelles zones géographiques et dans les endroits où ces maladies sont déjà endémiques ou éradiquées.

Une revue systématique de la littérature publiée en août 2022 a prédit que 58% des maladies pathogènes humaines sont susceptibles de s'aggraver avec le changement climatique. L'impact du changement climatique sur la santé mondiale devrait être si grave que l'Organisation mondiale de la santé l'a qualifié de «la plus grande menace pour la santé de l'humanité», estimant que les coûts de santé directs totaliseront entre 2 et 4 milliards de dollars d'ici 2030 en raison de augmentation des décès dus à la malnutrition, au paludisme, à la diarrhée et au stress thermique, entre autres facteurs. Les scientifiques s'attendent à voir la charge la plus élevée des maladies liées au climat dans les pays et les communautés à faibles ressources. Les personnes immunodéprimées ou qui ont des allergies respiratoires, nutritionnelles et saisonnières préexistantes seront également plus à risque.

Pourquoi le changement climatique augmente-t-il le risque de maladie ?

En général, un temps plus doux est plus propice à la survie et à la reproduction microbiennes. Pourtant, selon le Dr Arturo Casadevall, directeur du département de microbiologie moléculaire et d'immunologie W. Harry Feinstone et professeur à la Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health, le problème n'est pas simplement un temps plus chaud en moyenne. «Les gens disent ‘le monde ne se réchauffe que d'un degré’ ; ce n'est pas la bonne façon de penser. Chaque fois que vous avez une journée très chaude, c'est un événement de sélection», a-t-il dit. À mesure que le climat change, les microbes doivent s'adapter à la «nouvelle normalité», offrant aux agents pathogènes des opportunités de se déplacer et d'évoluer de manière inconnue, ce qui peut augmenter la virulence et la gamme d'hôtes. Alors que les humains se déplacent vers de nouveaux environnements pour éviter les impacts du changement climatique, ils peuvent également rencontrer de nouveaux agents pathogènes contre lesquels ils manquent d'immunité naturelle. L'évolution humaine ne peut tout simplement pas suivre.

«L'une des raisons pour lesquelles [les humains] ne s'inquiètent pas [actuellement] des maladies fongiques … c'est parce que nous avons chaud», a dit Casadevall. «La plupart des champignons ne peuvent pas se développer à la température de notre corps», mais infectent plutôt les créatures à température ambiante, comme les reptiles et les amphibiens, ou n'affectent les humains qu'au niveau de la peau. Cependant, «les champignons s'adaptent», a-t-il averti. «Alors que le monde se réchauffe, ils apprennent à pousser à des températures plus élevées.»

Les travaux de Casadevall au cours de la dernière décennie décrivent la capacité du champignon Candida auris à s'adapter et à survivre à des températures élevées (supérieures à 37°C), brisant la zone d'exclusion thermique protégeant autrement les humains contre l'infection. «Le problème avec le changement climatique est que le pilier qu'est la température peut être surmonté si les champignons s'adaptent», a-t-il dit, en particulier compte tenu des recherches montrant que la température moyenne du corps humain est en baisse.

L'hypothèse climatique de Casadevall est née du fait que trois isolats uniques de C. auris sont apparus simultanément sur trois continents, la tolérance à la température étant le dénominateur commun. Cette hypothèse est apparemment étayée par des recherches en Inde qui ont révélé que C. auris isolé d'une plage peuplée avait une tolérance à la température plus élevée qu'un isolat séparé d'un marais, indiquant que le champignon aurait pu s'adapter à différents environnements.

La suite est à lire dans cet article passionnant …

NB : La photo représente la couverture de Microcosm, (Re)Emergence of Infectious Diseases.

Attention aux plastiques !

Le dernier numéro de Microcosm, le magazine numérique réservé aux membres de l'American Society for Microbiology (ASM), sort le 18 novembre ! En attendant, le numéro du printemps 2022 est en accès libre.  

Le thème de ce nouveau numéro est «Water Microbiology : Bringing microbes to the surface» (Microbiologie de l'eau : Faire remonter les microbes à la surface).

Voic un article parmi d’autres et qui s’intitule «Beware the plastics» (Attention aux plastiques) par Geoff Hunt, qui est responsable du programme de sensibilisation du public à l'American Society for Microbiology.

Nous vivons dans un monde de plastique. Plus de 400 millions de tonnes de matières, utilisées dans des matériaux allant des emballages aux dispositifs médicaux en passant par les pièces automobiles, sont désormais produites chaque année. Cette quantité stupéfiante de pollution a un impact délétère sur l'environnement, les chaînes alimentaires, la prévention des maladies et l'économie mondiale. Le plastique est un danger pour la santé des animaux marins, une toxine potentielle pour les humains et une présence perturbatrice pour le commerce maritime. Quel rôle la communauté de la microbiologie peut-elle jouer pour aider à améliorer et finalement résoudre ce défi ?

Combien en faut-il?

Moins de 10% des matières plastiques finissent par être recyclées. Le reste est soit dans des décharges à travers le monde, soit encombre les environnements marins de la planète. Les plastiques se décomposent par plusieurs voies, y compris la décomposition physique, les réactions chimiques et la biodégradation par les microbes. Au fur et à mesure que le plastique se dégrade et se décompose sur terre, il finit par se retrouver dans les flux de déchets et les eaux souterraines, avant d'être transporté par les rivières vers les océans du monde. Le plastique a été signalé pour la première fois dans les océans en 1972 ; 50 ans plus tard, la quantité de plastique entrant dans la mer est estimée entre 5 et 13 millions de tonnes métriques par an.

L'attention générale liée à la pollution plastique marine a tendance à se concentrer sur les «îlots de déchets» visibles. L'exemple le plus notoire est le «Great Pacific Garbage Patch» (GPGP), situé dans l'océan Pacifique et dont la taille (et la croissance) est estimée à environ 1,6 million de km2. Cependant, ces poches observables ne font qu'effleurer la surface du problème. Des études estiment qu'à peine 0,5 % du plastique aqueux se trouve à la surface de l'océan. Tout comme un iceberg, le volume en vrac se trouve soit sous la surface, soit s'est sédimenté au fond de l'océan.

Assez effrayant, toutes ces estimations, qui sous-estiment sûrement la véritable ampleur du problème, ne tiennent pas non plus compte des microplastiques, des particules de plastique de moins de 5 millimètres de diamètre. Générés principalement par la fragmentation et la décomposition d'articles en vrac comme les bouteilles d'eau, les sacs en plastique et les pneus d'automobile, ces polluants invisibles sont exponentiellement plus difficiles à détecter et à éliminer en raison de leur petite taille.

Micro-problèmes

Les microplastiques dans l'océan créent également des surfaces artificielles auxquelles les microbes peuvent s'adsorber. Les chercheurs s'efforcent de caractériser la nature de ces interactions, et les résultats sont loin d'être concluants. Plusieurs rapports ont montré que différents types de surfaces microplastiques aqueuses attirent différentes espèces microbiennes, avec des colonies microbiennes distinctes se trouvant entre les surfaces en polyéthylène, polystyrène et polypropylène.

D'autres recherches montrent soit aucun effet de la composition microplastique sur la composition de la communauté microbienne adhérente, soit attribuent des effets à la morphologie microplastique plutôt qu'à la composition. Dans certaines études, une signature microbienne géographique distincte a été observée en fonction de l'endroit où les échantillons de microplastiques ont été collectés ; dans d'autres, aucune différence n'a été signalée dans la composition de la surface microbienne adhérente entre les différents sites d'échantillonnage.

Une question peut-être plus importante est la suivante : que font les microbes sur ces surfaces microplastiques ? Une préoccupation croissante au sein de la communauté scientifique est que les microplastiques trouvés dans les plans d'eau peuvent fournir de nouvelles plateformes pour la formation de biofilms. Malheureusement, cette peur semble se jouer. Un rapport récent a démontré que les bactéries se rassemblant sur les microplastiques aquatiques se livraient à des quantités accrues de transferts horizontaux de gènes par rapport aux bactéries libres ou aux microbes se rassemblant sur les surfaces naturelles. L'implication évidente, sur laquelle spéculent les auteurs, est que ce comportement conduira à une propagation accrue des gènes de résistance aux antimicrobiens (RAM), déjà un défi majeur relevé par la communauté de la microbiologie.

Comment répondre ?

Avec autant d'acteurs différents et des résultats aussi variables provenant du monde entier, une première étape cruciale pour le domaine serait de s'entendre sur des méthodologies communes qui pourraient être utilisées pour mener des expériences sur le comportement microbien lié aux plastiques. Comme le souligne la Dr Nicole Fahrenfeld, professeur agrégé de génie civil et environnemental à l'Université Rutgers, «si nous avons un contaminant (c'est-à-dire un microplastique) qui peut se déplacer vers tous ces différents endroits, il serait utile de avoir des normes universelles afin de collecter des informations à travers le monde.

Malheureusement, selon Fahrenfeld, «les méthodes d'échantillonnage et d'analyse des microplastiques eux-mêmes sont encore en développement». Étant donné que les méthodes actuelles de surveillance, d'étude et de notification de ces phénomènes ne sont pas cohérentes d'un lieu et d'une institution à l'autre, «il existe un assez large éventail d'informations dans les bases de données sur l'occurrence des microplastiques», a dit Fahrenfeld.

Le simple fait d'améliorer les efforts de communication ne suffira pas. La lutte contre la propagation de la RAM induite par les microplastiques nécessitera d'aller au-delà des efforts actuels de recherche de nouveaux antibiotiques. Le sentiment d'urgence qui se profile autour de cette question aux multiples facettes suggère la nécessité d'une approche plus radicale. Une idée est d'expérimenter le déploiement sélectif de microbes génétiquement modifiés qui pourraient potentiellement supplanter les organismes pathogènes.

Elise Phillips, chercheuse à l'Université du Tennessee à Knoxville, suggère de «passer à l'application réelle des connaissances» sur les organismes responsables de la propagation des gènes de la RAM, en particulier ceux retrouvés adsorbés sur les microplastiques. «Comment», a-t-elle demandé, «utilisons-nous ces communautés ou les modifions-nous de manière à nous aider à résoudre le problème» de la propagation de la RAM induite par les microplastiques ? Phillips suggère que les chercheurs étudient cette piste d'enquête comme un moyen de lancer la recherche de solutions potentielles.

Mettre les microbes au travail

De telles approches radicales de résolution de problèmes ont déjà lieu dans d'autres domaines et visent à éliminer le plastique qui existe déjà tout en minimisant (ou en modifiant) la production de nouveaux produits en plastique. Une grande partie de la recherche se concentre actuellement sur la caractérisation et l'application d'enzymes microbiennes pour décomposer les plastiques, en particulier le polyéthylène téréphtalate (PET) largement utilisé. Par exemple, un rapport de 2016 par des chercheurs au Japon a identifié deux enzymes, la PETase et la MHETase, capables de décomposer le PET en molécules pouvant être métabolisées par différents microbes.

Cependant, la dégradation microbienne des plastiques, qui dépend d'une grande variété de facteurs biologiques, chimiques et environnementaux, est très variable en termes d'efficacité. Le simple fait de permettre à ce processus de se dérouler naturellement ne supprimera pas la pollution plastique à une échelle ou sur une période de temps qui permettrait aux humains de poursuivre leur mode de vie. Au lieu de cela, les microbiologistes travaillent dur pour trouver des moyens de faire passer ce processus à la vitesse supérieure. Les chercheurs intensifient leurs efforts pour identifier des microbes jusque-là inconnus et de nouvelles enzymes qui peuvent contribuer au processus de biodégradation. Pendant ce temps, d'autres scientifiques utilisent l'apprentissage automatique pour concevoir de nouvelles enzymes de biodégradation qui peuvent être déployées à grande échelle.

Accélérer les choses

Malheureusement, la science évolue lentement et ses découvertes et solutions ont tendance à avoir une portée limitée au-delà de la communauté scientifique sans interventions externes. C'est là que la politique entre en jeu. L'adoption de politiques fondées sur la science, que ce soit au niveau local, national ou international, peut avoir un impact significatif en sensibilisant la masse à un problème et en effectuant rapidement des changements à grande échelle.

Un exemple de politique simple, mais efficace, qui a eu un impact énorme sur la pollution plastique a été la mise en œuvre de lois fiscales sur les sacs en plastique. Les municipalités du monde entier ont institué des réglementations qui facturent aux consommateurs un montant nominal (généralement de l'ordre de 0,05 $ à 0,10 $) pour chaque sac en plastique qu'ils utilisent lors de leurs achats. Bien que le coût soit faible, la simple pensée de devoir payer pour un sac est apparemment suffisante pour induire un changement de comportement généralisé. Des études indiquent que les taxes adoptées à Chicago ont entraîné une réduction de 30 % de l'utilisation des sacs en plastique, tandis qu'une politique similaire adoptée dans le comté de Montgomery, dans le Maryland, a entraîné une baisse de 42 %. D'autres recherches montrent que la mise en place de taxes sur les sacs est corrélée à une diminution significative du volume de sacs en plastique collectés des voies navigables municipales, ce qui donne à penser que les taxes fonctionnent comme prévu.

Un changement de politique de haut niveau est également en cours. En mars 2022, les Nations Unies ont annoncé que 175 pays travailleront à l'élaboration d'un accord juridiquement contraignant pour mettre fin à la pollution plastique. Les signataires chercheront à promouvoir la production et la consommation durables de plastiques, à améliorer le développement d'outils complets de mesure et de rapport sur la pollution plastique et à mettre en œuvre des efforts d'éducation et de sensibilisation aux niveaux national et international. De tels accords internationaux ont fonctionné dans le passé. Le modèle le plus notable (et le plus réussi) est le Protocole de Montréal de 1987, qui a défini des mesures concrètes, telles que l'élimination progressive de l'utilisation des hydrochlorofluorocarbures, qui ont mis la planète sur la bonne voie pour avoir une couche d'ozone entièrement restaurée d'ici 2050.

En dehors du laboratoire et au-delà de l'arène politique, les microbiologistes peuvent contribuer par leurs actions personnelles. Les étapes potentielles comprennent l'utilisation de moins de produits en plastique, en veillant à recycler lorsque cela est possible et en participant à des journées de nettoyage qui éliminent les déchets de l'environnement et empêchent les plastiques de pénétrer dans l'approvisionnement en eau en premier lieu.

Nettoyer le problème du plastique de la Terre peut sembler insoluble, mais des solutions réalisables sont à portée de main, en particulier à travers le prisme de la recherche microbiologique. Les membres de la communauté de la microbiologie ont la capacité et la responsabilité de faire leur part en tant que scientifiques et en tant que citoyens pour relever et finalement surmonter le défi de la pollution plastique.