Les liaisons dangereuses entre polluants chimiques et microbiote des dépôts urbains

Publié par Isabelle le 01/03/2021 à 13:00
Source: CNRS INEE
Les villes favorisent des pratiques propices à la dissémination et au développement de certains micro-organismes. Une étude menée par le CNRS, l'Université Lyon 1, et VetAgro Sup, impliquant des scientifiques du Laboratoire d'Ecologie Microbienne (LEM - CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...) / Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) Claude Bernard (Claude Bernard, né le 12 juillet 1813 à Saint-Julien (Rhône) et mort le...) Lyon 1 / VetAgro Sup / INRAE) et de l' Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) des Sciences Analytiques (ISA - CNRS / Université Claude Bernard Lyon 1), montre que les dépôts urbains s'accumulant à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) des routes et trottoirs favorisent l'émergence de microbiotes façonnés par la pollution (La pollution est définie comme ce qui rend un milieu malsain. La définition varie selon le...), dont l'occurrence de bactéries pathogènes opportunistes de l'Homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo...) et de phytopathogènes. Les résultats ont été publiés dans la revue Science of the Total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un...) Environment.


Figure A: Exemples de dépôts urbains s'accumulant sur la zone d'activités commerciales et industrielles de la Mi-plaine (Chassieu, France).

Les villes favorisent, en raison de leur densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) et de la diversité d'humains et de non-humains qui y sont hébergés, des interactions et des mises en contact propices à la dissémination des micro-organismes dont des formes pathogènes. Cette constatation est devenue désormais une évidence pour notre société en raison, entre autre, de l'épidémie de COVID-19. L'équipe de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) "bactéries pathogènes opportunistes et environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...)" (BPOE) de Lyon (Laboratoire d'Ecologie Microbienne (LEM - CNRS / Université Claude Bernard Lyon 1 / VetAgro Sup / INRAE) s'investit depuis plusieurs années dans le développement d'une structure pérenne d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) de la microbiologie (La microbiologie est une sous-discipline de la biologie basée sur l'étude des...) de la ville (Une ville est une unité urbaine (un « établissement humain » pour...) au sein de l'Observatoire de Terrain en Hydrologie Urbaine (OTHU) de Lyon, composante de la Zone Atelier Bassin du Rhône (Le Rhône est un fleuve d'Europe. Long de 812 kilomètres, il prend sa source, dans le...) (ZABR).

L'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) qui ruisselle en ville permet d'accéder à une image de la complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par...) des interactions entre polluants chimiques et microbiote (Le microbiote est une nouvelle dénomination de la microflore.) urbain. En fonction de l'intensité des pluies, une re-mobilisation des dépôts de surface peut s'opérer (Fig. A). Les analyses de ces eaux et matières en suspension ( Le fait de suspendre des particules En chimie, la suspension désigne une dispersion de...) peuvent donc apporter des informations sur les pollutions liées à certaines organisations de la ville mais également sur les assemblages de micro-organismes s'opérant en ville. L'équipe de recherche a donc développé des actions de recherche interdisciplinaires en s'appuyant sur le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des...) d'experts de l'OTHU dont des spécialistes des polluants urbains (Institut des Sciences Analytiques (ISA - CNRS / Université Claude Bernard Lyon 1, Villeurbanne), des sciences sociales (laboratoire Environnement, Villes, et Sociétés (EVS - CNRS / Ecole Nationale des Travaux publics d'Etat / ENS Lyon / INSA Lyon / Univ. Jean Monnet / Univ. Lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) Lyon 2 / Univ. Lyon 3 Jean Moulin (Un moulin est une machine à moudre les grains de céréale en farine et, par analogie,...), Lyon) et de l'hydrologie urbaine (Laboratoire d'Ecologie des Hydrosystèmes Naturels et Anthropisés (LEHNA - CNRS / Univ. Claude Bernard Lyon 1 / Ecole Nationale des Travaux publics d'Etat), et Laboratoire Déchets Eaux Environnement Pollutions (DEEP - INSA Lyon, Villeurbanne) pour ainsi mieux comprendre les forçages structurant la diversité des microbiomes urbains et leurs relations avec l'émergence ou l'occurrence de populations bactériennes potentiellement dangereuses pour l'Homme.

Dans cet article, l'équipe de recherche a détourné l'usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) d'un bassin de rétention (Fig. B) accumulant des dépôts urbains pour en faire un observatoire de ces dépôts et de leur composition en taxa microbiens. Les bassins de rétention sont des dispositifs techniques de la ville permettant la gestion des eaux pluviales et d'éviter les inondations. Ils favorisent également la décantation des matières en suspension dans les eaux de ruissellement avant un transfert des eaux retenues vers un bassin d'infiltration. Les dépôts provenant de cette zone ont été analysés sur plusieurs années (>6 ans) en termes de composition en polluants chimiques (hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), éléments traces (TRACES (TRAde Control and Expert System) est un réseau vétérinaire sanitaire de...) métalliques (ETM), polluants émergents) et microbiologique (Fig. B).

Un objectif important de ce travail a été d'évaluer l'impact des pollutions urbaines sur le développement ou déclin d'espèces bactériennes représentant un danger sanitaire. Les scientifiques de l'équipe ont construit un nouvel outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son...) permettant de suivre simultanément les espèces de plus de 50 genres bactériens. Cet outil a été inspiré de l'approche méta-codesbarres ADN impliquant un séquençage (En biochimie, le séquençage consiste à déterminer l'ordre linéaire des...) massif (Le mot massif peut être employé comme :) d'amplicons PCR ciblant le gène (Un gène est une séquence d'acide désoxyribonucléique (ADN) qui spécifie la...) de l'ARNr 16S. La cible ADN validée dans cette étude a été le gène tpm codant une S-méthyle transférase impliquée dans la détoxication de certains médicaments et oxyanions métalliques. Les variations de séquences des amplicons de ce gène permettent une attribution des allèles jusqu'au niveau de l'espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type »...) dont celles retrouvées dans les genres Pseudomonas et Aeromonas.


Figure B: Bassin de rétention de la zone d'activités commerciales et industrielles de la Mi-plaine, et exemples de dépôts et sédiments urbains analysés dans l'étude.

De grands jeux de séquences du gène tpm (plusieurs millions de séquences) ont donc été produits à partir d'ADN extraits des dépôts urbains. Des relations significatives ont ainsi pu être observées entre profils génétiques des communautés tpm, et la durée des périodes d'accumulation des sédiments urbains dans le bassin de rétention, et leurs concentrations en HAP, chlorpyrifos (insecticide) et alkylphénols (détergents, textiles). Ces corrélations ont indiqué des taux de séquences tpm indicatrices de la présence d'espèces d'Aeromonas, Pseudomonas et Xanthomonas plus élevés dans les dépôts plus fortement contaminés par des éthoxylates de nonylphénol (Le nonylphénol (C15H24O), ou NP, est un composé organique synthétique (il n'existe...) et du chrysène (Le chrysène est un composé chimique de formule C18H12 formé de quatre noyaux...) (HAP). Des baisses très importantes des séquences tpm attribuées aux espèces d'Aeromonas ont ensuite été enregistrées dans les sédiments ayant accumulé du naphtalène (Le naphtalène ou naphtaline ou camphre de goudron est un hydrocarbure aromatique à deux...) et des ETM. Des dégradateurs de polluants urbains dont l'agent pathogène (Le terme pathogène (du grec παθογ?νεια !...) (humain) P. aeruginosa ont montré des occurrences significatives conservés au fil du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...), mais les phytopathogènes de l'espèce P. syringae étaient plus abondants dans les sédiments ayant accumulé du naphtalène.

Ces travaux ont démontré que les bactéries tpm+ pouvaient être utilisées pour évaluer l'incidence des polluants chimiques sur les microbiomes urbains. De plus, ils ont permis de démontrer l'occurrence significative de P. aeruginosa dans les dépôts urbains dont les signatures tpm ont pu être reliées à des formes retrouvées dans des infections pulmonaires de patients atteints de mucoviscidose (La mucoviscidose (pour « maladie des mucus visqueux » en français) ou...) mais également d'autres contextes cliniques. Cette bactérie (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées...) fait partie des agents pathogènes à forte préoccupation sanitaire en raison de sa virulence (La virulence désigne le caractère pathogène, nocif et violent d'un micro-organisme...) dont une multi-résistance aux antibiotiques.

Note:
Ces travaux ont été réalisés grâce aux soutiens de l'OTHU, l'agence de l'eau Rhône-Méditerranée-Corse, la Métropole (Une métropole (du grec mêtêr, mère, et polis, ville) est la ville principale...) de Lyon, la MITI CNRS (projet Urbamic), l'ANSES (projet EST 2016/1/120) et l'ANR ANR-17-CE04-0010 (Infiltron). Ils ont été développés dans le cadre de l'école urbaine de Lyon (ANR-17-CONV-0004), de l'EUR H2O'Lyon (ANR 17-EURE-0018) et du Labex IMU (Intelligence des Mondes Urbains).

Références:
Axel, A., Y. Colin, R. Bouchali1, E. Bourgeois, R. Marti, S. Ribun, L. Marjolet, A. C. M. Pozzi, B. Misery, C. Colinon, C. Bernardin-Souibgui, L. Wiest, D. Blaha, W. Galia, B. Cournoyer. 2021. Spatio-temporal variations in chemical pollutants found among urban deposits match changes in thiopurine S-methyltransferase-harboring bacteria (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes...) tracked by the tpmmetabarcoding approach. Science of the Total Environment.
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