Les flambées émergentes d'infections pathogènes aéroportées dans le monde, telles que la pandémie actuelle du syndrome respiratoire aigu sévère coronavirus 2 (SRAS-CoV-2), ont soulevé la nécessité de comprendre les paramètres affectant la survie des microbes dans l'air afin de développer des mesures pour un contrôle efficace des infections. Nous rapportons une nouvelle stratégie expérimentale, TAMBAS (approche tandem pour l'évaluation microphysique et biologique de la survie des micro-organismes en suspension dans l'air), pour explorer les interactions synergiques entre les processus physico-chimiques et biologiques qui ont un impact sur la survie des microbes aéroportés dans les gouttelettes d'aérosol.
Cette approche innovante offre une compréhension unique et détaillée des processus qui se déroulent pendant la génération de gouttelettes d'aérosol à l'équilibration et à la dégradation de la viabilité dans l'environnement local, élucidant les mécanismes de décomposition non décrits précédemment.
L'impact de la cinétique d'évaporation, de l'hygroscopicité et de la concentration du soluté, de la morphologie des particules et de la taille des particules à l'équilibre sur la survie dans l'air est rapporté, en utilisant Escherichia coli MRE162 comme système de référence.
Pour ce système, nous rapportons que (i) la cristallisation des particules n'a pas d'impact direct sur la longévité des microbes, (ii) les bactéries agissent comme des noyaux de cristallisation pendant le séchage et l'équilibrage des gouttelettes, et (iii) la cinétique de taille et le changement de composition semblent avoir un effet plus important sur la longévité des microbes que la concentration de soluté à l'équilibre.
Importance
Une approche transformative pour identifier les processus physico-chimiques qui ont un impact sur les taux de décomposition biologique des bactéries dans les gouttelettes d'aérosol est décrite. Il est montré que le processus d'évaporation et les changements de phase et de morphologie de la particule d'aérosol pendant l'évaporation ont un impact sur la viabilité des microorganismes.
On a constaté que la taille des gouttelettes à l'équilibre affectait la viabilité bactérienne en suspension dans l'air. De plus, la présence de Escherichia coli MRE162 dans une gouttelette n'affecte pas la croissance/évaporation de l'aérosol mais influence le comportement dynamique de l'aérosol en traitant le milieu de culture avant l'aérosolisation, affectant l'hygroscopicité du milieu de culture; cela met en évidence l'importance de la composition chimique inorganique et organique des gouttelettes en aérosol qui ont un impact sur l'hygroscopicité. Les bactéries agissent également comme noyaux de cristallisation.
La nouvelle approche et les données ont des implications pour une meilleure compréhension mécaniste de la survie et de l'infectiosité des aérosols dans les études sur les bioaérosols couvrant les domaines médical, vétérinaire, agricole et agricole, y compris le rôle des micro-organismes dans le traitement atmosphérique et la formation des nuages.
