Compartimentation et dissémination de l'antibiorésistance dans des environnements aquatiques impactés par les activités humaines - Université de Lorraine Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2023

Compartmentalization and dissemination of antibiotic resistance in aquatic environments impacted by human activities

Compartimentation et dissémination de l'antibiorésistance dans des environnements aquatiques impactés par les activités humaines

Résumé

Antibiotic resistance is a global public health concern in constant increase. Some estimates suggest that antibiotic resistance will be responsible for 10 million deaths a-year in the world by 2050, making it the first cause of death. But, it is also a major environmental issue because antibiotic resistance genes of anthropogenic origin and their vehicles (mobile genetic elements) can accumulate in environments such as rivers receiving wastewater treatment plant effluents.In this work, we firstly quantified antibiotic resistance genes and mobile genetic elements in two river ecosystems to study whether the wastewater treatment plant effluent release could impact on their abundances in the downstream river. We also investigated whether these antibiotic resistance genes and mobile genetic elements were homogeneously distributed in the different biological entities carrying them (bacteria vs. phages) and in the different compartments of the river (raw waters, suspended particles, sediments). We showed the bacterial DNA encapsidation in phages was not random and was biased in favour of encapsidating antibiotic resistance markers. Moreover, compared with the DNA contained in bacteria, encapsidated bacterial DNA proportionally contained more antibiotic resistance markers. Phages from the river bacterial communities vehiculated also bacterial DNA richer in antibiotic resistance markers than phages from wastewater treatment plant effluents, which could probably be due to the wastewater treatment process undergone by viruses before their release. In terms of physical compartmentalization of antibiotic resistance in river, we also noticed among other thing that bacteria sticked to suspended particles contained more antibiotic resistance markers than those from sediments. For phages, the proportions of encapsidated antibiotic resistance markers were similar in these two compartments.Then, we interested in the development of methods for detecting the three the main dissemination events of antibiotic resistance genes and mobile genetic elements (conjugation, transformation, transduction). For this purpose, we studied the transfer of a marker (gfp gene) carried by the IncP1 type plasmid pB10 through these three main transfer mechanisms by maintaining microbial communities in microcosms. To study conjugation, the microcosms were inoculated with bacteria carrying the plasmid, while to study transformation, the microcosms were inoculated by the plasmid as free DNA. The microcosms used to study transduction were inoculated with environmental phages or P1vir phages previously cultured on bacteria carrying the plasmid. Plasmid conjugation events were detected by qPCR thanks to the replication of the plasmid during its transfer. Transformation and transduction events were detected by RT-qPCR thanks to the detection of the expression of the gene of interest (gfp) that can only occurs after DNA to be entered in a cell. However, transduction events seemed to occur only via P1vir phages and not via environmental phages. Whether the transferred marker seems to have persisted only a few days after conjugation events to environmental bacterial communities, the marker has maintained in communities for the whole duration of the experiment (15 days) after the detected transduction and transformation events.
L’antibiorésistance est un problème de santé publique en constante augmentation. Certaines estimations suggèrent que l’antibiorésistance sera responsable de 10 millions de morts par an dans le monde en 2050, en faisant la première cause de mortalité. Mais elle a aussi un enjeu environnemental majeur car les gènes de résistance aux antibiotiques d’origine anthropique ainsi que leurs vecteurs, les éléments génétiques mobiles, peuvent s’accumuler dans des environnements tels que les rivières recevant des effluents de station d’épuration.Dans ce travail, nous avons d’abord quantifié des gènes de résistance aux antibiotiques et des éléments génétiques mobiles dans deux écosystèmes de rivière afin d’étudier si le rejet d’effluents de station d’épuration pouvait impacter leurs abondances dans la rivière en aval de ce point de rejet. Nous avons aussi cherché à savoir si ces gènes de résistance et ces éléments génétiques mobiles étaient répartis de manière homogène dans les différentes entités biologiques les véhiculant (bactéries vs. phages) et dans les différents compartiments de la rivière (eaux brutes, particules en suspension, sédiments). Nous avons montré que l’encapsidation de l’ADN bactérien par les phages n’était pas due au hasard et qu’un biais d’encapsidation en faveur des marqueurs d’antibiorésistance existait. De plus, en comparaison à l’ADN contenu dans les bactéries, l’ADN bactérien encapsidé contenait proportionnellement plus de marqueurs d’antibiorésistance. Les phages présents dans les communautés microbiennes de rivières véhiculaient également un ADN bactérien plus riche en marqueurs d’antibiorésistance que les phages provenant des effluents de station d’épuration, ce qui pourrait être dû au traitement subi par les eaux usées avant leur rejet qui éliminerait certains virus. En ce qui concerne la compartimentation physique de l’antibiorésistance en rivière, nous avons entre autres, noté que les bactéries adhérées aux particules en suspension contenaient plus de marqueurs d’antibiorésistance que celles provenant des sédiments. Pour les phages, les proportions en marqueurs d’antibiorésistance étaient similaires dans ces deux compartiments.Ensuite, nous nous sommes intéressés au développement de méthodes permettant de mettre en évidence, au sein de communautés microbiennes environnementales, les trois principaux mécanismes de dissémination des gènes de résistances aux antibiotiques et des éléments génétiques mobiles (conjugaison, transformation, transduction). Nous avons, pour ce faire, étudié le transfert d’un marqueur (gène gfp) porté par le plasmide pB10 de type IncP1 par ces trois principaux mécanismes en utilisant des communautés microbiennes maintenues en microcosmes. Pour étudier la conjugaison, les microcosmes ont été inoculés par des bactéries portant le plasmide, tandis que pour étudier la transformation, les microcosmes ont été inoculés par le plasmide sous forme d’ADN libre. Les microcosmes destinés à l’étude de la transduction ont quant à eux été inoculés par des phages environnementaux ou des phages P1vir ayant été cultivés sur des bactéries porteuses du plasmide. Des événements de conjugaison du plasmide ont pu être mis en évidence par qPCR grâce à la réplication du plasmide lors de son transfert. Des événements de transformation et de transduction ont quant à eux pu être mis en évidence par RT-qPCR grâce à la détection de l’expression du gène d’intérêt (gfp) qui ne peut survenir qu’après transfert. Cependant, les événements de transduction ont semblé ne survenir uniquement via les phages P1vir, et non via les phages environnementaux utilisés. Si le marqueur transféré semble n’avoir persisté que quelques jours après les évènements de conjugaison vers les communautés bactériennes environnementales, le marqueur s’est maintenu dans ces communautés pendant toute la durée de l’expérience (15 jours) après les événements de transduction et de transformation détectés.
Fichier non déposé

Dates et versions

tel-04625709 , version 1 (26-06-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04625709 , version 1

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Citer

Charlène Sagrillo. Compartimentation et dissémination de l'antibiorésistance dans des environnements aquatiques impactés par les activités humaines. Microbiologie et Parasitologie. Université de Lorraine, 2023. Français. ⟨NNT : 2023LORR0292⟩. ⟨tel-04625709⟩
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