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Submitted on 2 Jun 2020
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Détection et gestion des bactéries productrices de beta-lactamases à spectre étendu dans les systèmes de
traitement des eaux usées et les milieux dulçaquicoles
Benoit Chantemesse
To cite this version:
Benoit Chantemesse. Détection et gestion des bactéries productrices de beta-lactamases à spectre étendu dans les systèmes de traitement des eaux usées et les milieux dulçaquicoles. 4. Journée des Doctorants, Mar 2015, Dijon, France. 2015. �hal-02739287�
Détection et gestion des bactéries productrices de β-lactamases à spectre étendu dans les
systèmes de traitement des eaux usées et les milieux dulçaquicoles
Benoît Chantemesse, (benoit.chantemesse@dijon.inra.fr) Thèse de Doctorat « Jeunes Chercheurs Entrepreneurs »
Thèse réalisée sous la direction de Murielle Dequaire-Rochelet (MCF UB ; murielle.dequaire@u- bourgogne.fr)
& Loïc Bollache (PR UB ; loic.bollache@u-bourgogne.fr) à l’INRA de Dijon, UMR 1347 Agroécologie, Pôle MERS
Population humaine
Environnement terrestre
Systèmes aquatiques
Eaux usées, ruissellement
agricole, contacts directs entre bétail, humains
et faune sauvage
Irrigation, eau de boisson des
animaux, précipitatio
ns Nourriture,
eau potable, pisciculture,
baignade, loisirs
Nourriture, élevage, animaux de compagnie,
loisirs
Pourquoi étudier les milieux dulçaquicoles ?
Les milieux
dulçaquicoles (ou d’eaux douces) occupent une place centrale dans la circulation des bactéries dans l’environnement (1).
En effet, ils réceptionnent des bactéries d’horizons très divers et en retour, ces milieux aquatiques peuvent contaminer les populations humaines et l’environnement terrestre par ces mêmes bactéries et leurs gènes, notamment via l’utilisation de ces eaux pour les activités humaines.
(1) Taylor, N. G. H., Verner-Jeffreys, D. W. & Baker-Austin, C. 2011. Aquatic systems : maintaining, mixing and mobilising antimicrobial resistance ? Trends in ecology & evolution, 26, 278–284.
Pourquoi utiliser la détection ampérométrique ?
Méthodes conventionnelles
-
Analyses phénotypiques (cultures sur milieux gélosés, antibiogrammes)
-
Analyses génotypiques (qPCR)
à
Méthodes coûteuses qui donnent des résultats différés (24h à 72h)
Ä
Méthode alternative proposée : la détection ampérométrique
Ses avantages :
-
Travail dans de très faibles volumes (< 10 µL) et analyse de milieux complexes,
-
Utilisation d’appareillages peu coûteux, miniaturisables et portables (a),
-
Utilisation de capteurs sérigraphiés à usage unique (b),
-
Détection des bactéries viables mais non cultivables.
(a) (b)
Un exemple d’application : la détection d’Escherichia coli
97% des souches d’Escherichia coli, un coliforme utilisé comme indicateur de contamination fécale, produisent de la β-D-glucuronidase, une enzyme très spécifique de cette bactérie. L’utilisation de cette enzyme en ampérométrie est donc idéale pour détecter les Escherichia coli en utilisant le 4-aminophényl-β- D-glucuronide.
4-aminophényl-β-D-
glucuronide 4-aminophénol
+
Les β-quoi ?
Les β-lactamines, qui possèdent toutes un cycle β-lactame, forment une large classe d’antibiotiques contenant les dérivés de la pénicilline (A), des céphalosporines (B), des monobactames (C), des carbapénèmes (D) mais également des inhibiteurs de β-lactamases (E).
Les bactéries productrices de β-lactamases à spectre étendu (BLSE) sont capables d’hydrolyser toutes ces β-lactamines, hormis les carbapénèmes, qui représentent souvent l’ultime solution pour traiter les infections dues à ces bactéries productrices de BLSE.
(A) (B)
(D)
(C)
(E)
Objectif n°2 : Etudier l’écologie des bactéries productrices de BLSE
Les microorganismes et la matière organique sont à la base d’un important réseau trophique liant toutes les espèces aquatiques entre elles. Les organismes filtreurs tels que les bivalves d’eau douce (Dreissena polymorpha et Corbicula fluminea) sont d’excellents modèles pour étudier la qualité biologique de l’eau sachant qu’ils agissent comme de véritables bioaccumulateurs de bactéries. Un des objectifs de la thèse est d’utiliser ces bioaccumulateurs invasifs à répartition mondiale, en complément de la méthode ampérométrique, pour analyser la teneur des eaux de l’Ouche en bactéries BLSE (l’Ouche est une rivière de Côte d’Or recevant des effluents traités de 14 stations d’épuration ; voir carte ci-contre). L’étude d’autres organismes aquatiques est également envisagée ainsi que la circulation des gènes de résistance entre les environnements abiotiques et biotiques.
Dijon
CONTEXTE : L’utilisation massive d’antibiotiques
en médecine humaine et vétérinaire depuis de nombreuses années est à l’origine de l’émergence des résistances aux antibiotiques constatée chez les bactéries. En effet, de plus en plus de bactéries deviennent résistantes aux β-lactamines, qui sont les antibiotiques les plus utilisés en médecine humaine. Cette résistance bactérienne est due à la production de β-lactamases et plus récemment de β-lactamases à spectre étendu (ou BLSE), qui sont des enzymes inactivant la plupart des β-lactamines. Ces bactéries productrices de BLSE (principalement Escherichia coli et Klebsiella pneumoniae) peuvent causer des infections plus ou moins graves chez les humains et leur traitement devient de plus en plus difficile, ce qui constitue un problème majeur de santé publique. Le portage digestif chez les humains, même en bonne santé, est de plus en plus important, d’où le fait que ces bactéries productrices de BLSE soient retrouvées principalement dans les eaux usées. Malgré les traitements réalisés dans les stations d’épuration pour purifier les eaux usées, les effluents traités rejetés dans les rivières contiennent encore des quantités importantes de bactéries productrices de BLSE. Le recyclage des produits résiduaires organiques tels que les boues d’épuration pour fertiliser les sols agricoles et l’utilisation des effluents issus des systèmes de traitement des eaux usées pour l’irrigation de ces sols sont des pratiques promues dans le cadre de l’agroécologie, qui vise à pratiquer une agriculture durable en diminuant notamment l’utilisation d’intrants chimiques. Ces pratiques, bien que réglementées, sont risquées, et ce à cause de la présence de bactéries pathogènes (ou potentiellement pathogènes) et/ou productrices de BLSE dans les eaux et amendements organiques recyclés, ce qui va favoriser la dissémination et la circulation de ces microorganismes (et de leurs gènes) dans l’environnement. Une contamination des productions agricoles (végétales et animales) et in fine de l’Homme est alors possible. Afin de limiter la dissémination de ces bactéries productrices de BLSE, il faut avant tout comprendre quel est leur devenir et celui de leurs gènes de résistance dans l’environnement aquatique.
Objectif n°1 : Mettre au point une méthode de détection ampérométrique des Escherichia coli et des souches productrices de BLSE
β-D-glucuronidase
Application de la méthode : analyser les eaux usées et traitées issues des stations d’épuration ainsi que les eaux de rivières, les sédiments et certains
organismes aquatiques
Détection des bactéries productrices de BLSE en cours de développement
O O H
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OH O
OH
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NH2 O
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OH
O
NH2
O
NH
R1 R2
O
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