Selon les ingénieurs de l’Université Rice, tester le contenu d’un simple échantillon d’eaux usées peut révéler beaucoup de choses sur ce qu’il contient, mais cela ne dit pas tout.
Leur nouvelle étude montre que des échantillons composites prélevés sur 24 heures dans une station d’épuration urbaine donnent une représentation beaucoup plus précise du niveau de gènes de résistance aux antibiotiques (ARG) dans l’eau. Selon les Centers for Disease Control and Prevention (CDC), la résistance aux antibiotiques est une menace mondiale pour la santé responsable de millions de décès dans le monde.
Dans le processus, les chercheurs ont découvert que si le traitement secondaire des eaux usées réduisait considérablement la quantité d’ARG cible, les désinfectants au chlore souvent utilisés dans les dernières étapes du traitement peuvent, dans certaines situations, avoir un impact négatif sur l’eau cible. l’environnement. .
Le laboratoire de Lauren Stadler à la George R. Brown School of Engineering de Rice a rapporté avoir vu des niveaux de concentrations d’ARN résistant aux antibiotiques 10 fois plus élevés dans des échantillons composites que ce qu’ils voient dans les photos “prises”.
Stadler et les auteurs principaux Esther Lou et Priyanka Ali, tous deux étudiants diplômés de son laboratoire, ont rapporté leurs découvertes dans le Journal of the American Chemical Society. Sciences et technologies de l’environnement : eau.
Les résultats pourraient conduire à de meilleurs protocoles de traitement des eaux usées pour réduire la prévalence de gènes résistants aux antibiotiques dans les bactéries qui se propagent sur les plantes et peuvent transférer ces gènes à d’autres organismes dans l’environnement.
Le problème est critique car la résistance aux antibiotiques est un tueur, provoquant environ 2,8 millions d’infections aux États-Unis chaque année, entraînant plus de 35 000 décès, a déclaré Stadler, professeur adjoint de génie civil et environnemental et pionnier de l’analyse en cours. eaux usées. pour les signes du virus SARS-CoV-2 responsable de la COVID-19.
Ces statistiques en ont fait un objectif de longue date des efforts de Rice qui ont conduit à la création d’un nouveau centre, Houston Wastewater Epidemiology, un partenariat avec le Houston Department of Health et Houston Public Works. Le centre est l’un des deux désignés par le CDC annoncés cette année pour développer des outils et former d’autres services de santé nationaux et locaux aux sciences de la surveillance des maladies transmises par les eaux usées.
L’essentiel pour les testeurs est que les instantanés peuvent entraîner un biais involontaire dans leurs résultats, a déclaré Stadler.
“Je pense qu’il est intuitif que la capture d’un seul échantillon d’eaux usées ne soit pas représentative de ce qui s’écoule au cours de la journée”, a déclaré Stadler, qui est également membre du corps professoral du Nanotechnology-Based Water Treatment (NEWT) – soutenu par National Science. Fondation. ) Centre. « Les débits et les charges des eaux usées changent tout au long de la journée, en raison des modèles d’utilisation de l’eau. Bien que nous sachions que cela est vrai, personne n’a montré comment les gènes de résistance aux antibiotiques changent au cours de la journée.”
Pour l’étude, l’équipe de Rice a collecté des prises et des échantillons composites au cours de deux campagnes de 24 heures, une en été et une en hiver, dans une usine de la région de Houston qui désinfecte régulièrement les eaux usées.
Ils ont prélevé des échantillons toutes les deux heures à différentes étapes du processus de traitement des eaux usées et effectué des tests PCR en laboratoire pour quantifier plusieurs gènes cliniquement importants qui confèrent une résistance à la fluoroquinolone, au carbapénème, à la BLSE et à la colistine, ainsi qu’un gène d’intégron-intégrase de classe 1 connu en tant qu’élément génétique mobile (MGE) pour sa capacité à se déplacer dans un génome ou à se transférer d’une espèce à une autre.
Les échantillons qu’ils ont collectés leur ont permis de déterminer les concentrations et les charges d’ARG au cours d’une journée de semaine typique, la variabilité des taux d’élimination des plantes sur la base d’échantillons ponctuels et l’impact du traitement secondaire et de la désinfection au chlore sur l’élimination de l’ARG ainsi que la possibilité de comparer les volets. et composites.
L’équipe a constaté que la majorité de l’enlèvement d’ARG s’est produit en raison des processus biologiques par opposition à la désinfection chimique. En effet, ils ont noté que la chloration, utilisée comme désinfectant final avant le rejet des eaux usées traitées dans l’environnement, peut avoir sélectionné des organismes résistants aux antibiotiques.
Étant donné que les résultats des photos peuvent varier considérablement d’un jour à l’autre, ils devaient être collectés régulièrement sur 24 heures. Cela a forcé Lou et Ali à travailler plusieurs longs quarts de travail à la station d’épuration de la ville sur West University Place. “Ils ont campé”, a déclaré Stadler. “Ils ont installé leurs lits et commandé des plats à emporter.”
Un tel engagement ne sera pas nécessaire si la surveillance en temps réel des eaux usées devient une réalité. Stadler fait partie d’une collaboration Rice développant des capteurs bactériens vivants qui détecteraient la présence d’ARG et d’agents pathogènes, y compris le SRAS-CoV-2, en continu à divers endroits dans un système d’eaux usées. Le projet en cours à Rice pour construire des capteurs bactériens qui émettent un signal électrique immédiat lors de la détection d’une cible a fait l’objet d’une étude dans Nature en novembre.
“Les capteurs vivants peuvent permettre une surveillance continue au lieu de s’appuyer sur un équipement coûteux pour collecter des échantillons composites qui doivent être renvoyés au laboratoire pour analyse”, a-t-elle déclaré. “Je pense que l’avenir, ce sont ces capteurs vivants qui peuvent être placés n’importe où dans le réseau d’égouts et signaler ce qu’ils voient en temps réel. Nous travaillons dans ce sens.”
Rice Karen Lu et Prashant Kalvapalle, étudiante diplômée du programme de doctorat en biologie systémique, synthétique et physique, sont co-auteurs de l’étude.
La National Science Foundation (2029025, 1805901, 1932000) et un prix Johnson & Johnson WiSTEM2D ont soutenu la recherche.
