Les microplastiques présents dans les rivières propagent des microbes résistants aux antibiotiques

Dans une étude récente publiée dans la revue Nature Water, des scientifiques ont examiné la distribution du virus, les interactions avec l'hôte et le transfert de gènes de résistance aux antibiotiques (ARG) sur les microplastiques à l'aide du séquençage métagénomique et du viome.

La contamination persistante par les microplastiques est une caractéristique déterminante de l'Anthropocène, posant des risques pour l'environnement et la santé publique par leur lixiviation toxique et leur pénétration directe dans les tissus biologiques. Les microplastiques créent des niches uniques pour la colonisation microbienne et la croissance de biofilms, formant une « plastisphère » composée de diverses communautés microbiennes. Ces surfaces peuvent enrichir sélectivement les agents pathogènes, ce qui pourrait avoir un impact sur la transmission des maladies. Malgré leur omniprésence, les virus ont été largement ignorés dans les études sur les plastisphères, bien que des données récentes suggèrent qu'ils persistent sur les microplastiques et interagissent avec les hôtes bactériens. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour comprendre pleinement les impacts écologiques des communautés virales et de la transmission des ARG sur les microplastiques, ainsi que leurs implications pour l'environnement et la santé humaine.

En mars 2021, une étude a été menée sur deux types de microplastiques, le polyéthylène (PE) et le polypropylène (PP), dans la rivière Beilong, dans la province du Guangxi, en Chine. Cinq sites le long de la rivière ont été sélectionnés en fonction du niveau d'urbanisation et des propriétés physicochimiques, allant des régions rurales aux zones urbaines. Sur chaque site, 2,0 g de microplastiques (PE et PP) et de particules naturelles (pierre, bois, sable) ont été cultivés dans l'eau de la rivière. Les microplastiques ont été désinfectés avec de l'éthanol à 70 % et lavés à l'eau stérile, tandis que les particules naturelles ont été stérilisées pour éliminer les communautés bactériennes et virales d'origine. La durée d'incubation était basée sur des études antérieures montrant la formation réussie de biofilms sur les plastiques en 30 jours.

Après incubation, des échantillons de microplastiques, de particules naturelles et d'eau ont été prélevés et conservés à -20 °C pour analyse. Les grosses particules et les herbivores ont été filtrés et les concentrations en métaux ont été déterminées par spectrométrie d'émission optique à plasma à couplage inductif. D'autres propriétés physicochimiques et niveaux d'urbanisation ont été mesurés.

L'ADN a été extrait à l'aide du kit FastDNA Spin et séquencé sur la plateforme HiSeq X. Des lectures de haute qualité ont été traitées pour prédire les cadres de lecture ouverts et éliminer les gènes redondants. Les génomes bactériens ont été assemblés et annotés à l'aide de divers outils bioinformatiques. L'ADN viral a été extrait, enrichi et séquencé afin d'identifier les contingents viraux et les potentiels clusters viraux sur les microplastiques.

Grâce au séquençage métagénomique, un total de 28 732 espèces bactériennes ont été identifiées dans des échantillons de microplastiques du bassin du fleuve Beilong. Les embranchements dominants étaient les Protéobactéries, les Acidobactéries, les Actinobactéries et les Chloroflexes, représentant 52,6 % de la communauté bactérienne. La richesse et la régularité des espèces n'ont montré aucune différence significative selon le site ou le type de microplastique. La communauté bactérienne principale, composée de 25 883 espèces, représentait 78,4 % du total des espèces détectées, avec 12 284 espèces communes à tous les échantillons, à l'exception d'un échantillon de PE. La majorité des espèces (28 599) étaient communes aux microplastiques PE et PP, avec 49 et 84 espèces uniques au PE et au PP, respectivement.

Environ 0,32 % des espèces bactériennes étaient des agents pathogènes potentiels, avec 91 espèces détectées dans 11 phylums. Les agents pathogènes dominants étaient Burkholderia cepacia (13,29 %), Klebsiella pneumoniae (10,21 %) et Pseudomonas aeruginosa (7,59 %). Un effet distance-jour significatif a été observé dans la similarité des communautés microbiennes entre les sites (R² = 0,842, P < 0,001). L'analyse NMDS a montré des différences dans la structure des communautés bactériennes entre les microplastiques PE et PP.

Français Pour les communautés virales, 226 853 comptages ont été obtenus, la plupart inférieurs à 1 000 kb. Myoviridae et Siphoviridae dominaient, représentant 58,8 % de l'abondance virale. La richesse et l'uniformité virales ne différaient pas significativement entre les types de microplastiques. Les comptages viraux ont été classés en 501 genres, dont 364 étaient communs au PE et au PP. Un effet distance-jour significatif a été trouvé dans les communautés virales entre les sites. L'analyse NMDS a montré des différences dans les communautés virales entre les microplastiques PE et PP.

Une annotation des gènes fonctionnels des séquences bactériennes et virales sur les microplastiques a été réalisée à l'aide de diverses bases de données. La plupart des gènes viraux étaient non classifiés ou mal caractérisés, certains d'entre eux étant liés au traitement de l'information génétique et aux processus cellulaires. Les gènes fonctionnels bactériens étaient également non classifiés, certains d'entre eux étant liés aux voies métaboliques et à la biosynthèse. Des gènes de résistance aux métaux (MRG) et des ARG ont été trouvés dans les séquences virales et bactériennes, les plus courants étant la résistance au Cu, au Zn, à l'As et au Fe.

Les ARG bactériens codaient principalement une résistance à de multiples médicaments, macrolides, lincosamides, streptogramines (MLS) et tétracycline, tandis que les ARG viraux incluaient des gènes de résistance au triméthoprime, à la tétracycline et aux MLS. Un transfert horizontal d'ARG et de MRG a été observé entre les virus et leurs hôtes bactériens, indiquant un potentiel échange génétique favorisant les microplastiques.

L'étude a révélé des différences entre les communautés bactériennes et virales colonisant les microplastiques et les particules naturelles dans la rivière Beilun. Bien que la diversité soit restée similaire d'un site à l'autre, le type de microplastique a influencé la composition de la communauté. Fait important, les chercheurs ont identifié des agents pathogènes potentiels et des gènes de résistance aux antimicrobiens associés aux bactéries et aux virus présents sur les microplastiques. Ils ont observé des preuves de transfert horizontal de gènes entre virus et bactéries, suggérant que les microplastiques pourraient contribuer à la propagation de la résistance aux antimicrobiens dans les milieux aquatiques. Ces résultats soulignent les risques potentiels pour l'environnement et la santé publique associés à la pollution par les microplastiques.