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Persistance de l’antibiotique Sulfamethoxazole dans les environnements terrestres et aquatiques de l’Altiplano Nord Bolivien et son impact sur les populations bactériennes

par webmaster - 4 novembre 2015

Les antibiotiques font partie des micropolluants émergents. Leur principal impact est sur ​​la structure et la diversité des communautés bactériennes, avec le possible développement de résistance aux antibiotiques chez les microorganismes, y compris les pathogènes. Ces risques sont potentiellement augmentés dans les pays émergents où les eaux usées sont parfois directement rejetées dans les écosystèmes naturels sans traitement. Le Sulfaméthoxazole (SMX ) est l’un des antibiotiques les plus fréquemment décelés dans les eaux usées et les écosystèmes aquatiques (Batt et al. ; 2006 ; Karthikeyan et Meyel, 2006 ; Choi et al. ; 2008 ; Leslie B. Masseya et al. ; 2010 ; Gibs et al. ; 2013) . Des teneurs élevées de SMX ont été mesurées dans un sous bassin du lac Titicaca, le Katari, à la fois dans les eaux de surface (max = 14.6 - min = 0.06 µg L-1, Duwig et al. ; 2014) et dans les sols (Fig. 1).


Figure 1 : points de prélèvements et concentrations de SMX dans les sols (µg kg-1). « e » signifie le sol irrigué avec l’eau usée à l’entrée de la station de traitement des eaux, et « o » le sol irrigué avec l’eau en sortie de la station. LD, Limite de Détection = 0.1 ; LQ, Limite de Quantification = 0.25 µg kg-1.

Nos études sur le transfert réactif du SMX et les analyses génomiques des sols montrent la persistance et les impacts importants de cet antibiotique dans les sols de l’Altiplano Nord Bolivien.

Nous avons d’abord effectué des expériences de sorption en condition statique et de transfert en condition dynamique afin d’étudier la mobilité du SMX dans 10 différents sols du bassin du Katari (Figure 1). Les sols situés en amont du bassin versant (Regosol), riches en matière organique, ont une capacité importante de sorption du SMX, comparés aux sols situés en aval (Cambisol). La sorption est influencé de manière positive (et donc le transfert réduit) par (dans l’ordre décroissant) : taux de carbone organique > capacité d’échange cationique > taux de limons > taux d’argile, et de manière négative par le pH.


Figure 2 : Impact du SMX sur les communautés bactériennes du sol

L’impact sur les populations bactériennes et la présence de gènes de résistance aux SMX (sulI, sulII, and sulIII) ont été étudié grâce à des techniques moléculaires (empreintes ADN, séquençage and Q-PCR). Les empreintes ADN montrent un impact faible du SMX dans tous les sols étudiés alors que les techniques de séquençage, plus sensibles, montrent un impact variable du SMX sur la diversité des communautés bactériennes et leur structure selon les sols. Les communautés bactériennes des sols fortement contaminés (sols 4 et 5) sont moins sensibles grâce à une préadaptation des sols au SMX. Les communautés bactériennes des sols sous usage agricole (sols 1, 8 et 10) montrent des variations dans la diversité des espèces et l’abondance (Figure 2). On a pu observer une augmentation de l’abondance des protéo-bactéries (incluant une large gamme de pathogènes comme E. Coli et Salmonella). Les gènes de résistances (sulI et sulII) ont été détectés dans les sols régulièrement irrigués avec les eaux usées (sol 4) et l’ajout de SMX augmente drastiquement le nombre de résistance dans le sol 4. Mais l’addition de SMX dans les sols où cette molécule n’était pas présente au départ ne conduit pas au développement de gènes de résistance.

En conclusion, nous avons montré que selon la nature du sol, le SMX a différents comportements et impacts. Les sols (organiques et acides) en partie amont du bassin ont des propriétés de rétention importantes ce qui augmente les impacts sur les communautés bactériennes du sol. En aval, le SMX est plus mobile dans les sols (moins riches en matière organique) ce qui augmente le risque de contamination des eaux souterraines (Figure 3). La présence de SMX a un fort impact sur la biodiversité microbienne avec l’augmentation de l’abondance relative des pathogènes (proteobacteria phylum) excepté dans les sols déjà en contact avec le SMX par l’irrigation avec les eaux usées.


Figure 3 : Mobilité du SMX dans les sols selon la localisation et les caractéristiques des sols.

Ces recherches ont été publiées dans un article :

Duwig, C., Archundia, D., Lehembre, F., Spadini, L., Morel, M.C., Uzu G., Chincheros, J., Cortez, R., Martins, J.M.F., 2014. Impacts of anthropogenic activities on the contamination of a sub watershed of Lake Titicaca : Are Antibiotics a concern in the Bolivian Altiplano ? Procedia Earth and Planetary Science, 2014, 10, p. 370-375.

Ainsi que dans plusieurs congrès :

Martins J.M.F., Archundia D. , Lehembre F. , Morel M-C., Spadini L, Vince. E., Duwig C., 2015. Evaluation of antibiotic pollution in the Bolivian Altiplano and the related impacts and microbial resistance levels in soil and water. MedGeo 6th International Conference on Medical Geology, Aveiro, Portugal 27-31 juillet 2015.

Archundia D., Lehembre F., Duwig C., Morel M.C., Spadini L., Martins J.M.F., 2015. Antibiotic pollution in the Bolivian Altiplano and the relation with microbial resistance levels and impacts in soil. 6th Symposium on Antimicrobial Resistance in Animals and the Environment (ARAE), Tours, 29 June -1 July, 2015.

Archundia D., Duwig C., Lehembre F., Morel M.C., Spadini L., Martins J.M.F., 2015. Sulfamethoxazole sorption in soils of the Bolivian Altiplano and impacts on bacterial populations. Wageningen Soil Conference 2015. August 23 - 27, 2015.

Duwig C., Uzu G., Archundia D., Quintanilla J., Ramos O., Orsag V., Chincheros J., Yupanqui J., Quispe R., 2015. Observatorio de la Zona Critica en la cuenca del Katari, Bolivia. II Seminario Internacional de Investigaciones Sobre Vulnerabilidad de los Desastres Socio-Naturales (II SIIVDS), La Paz - Bolivia, 6-9 May 2015 (invited conference).

Archundia D., Duwig C., Morel M.C., Lehembre F., Orsag V., Martins J., 2015. Adsorción del antibiótico Sulfametoxazol en diferentes tipos de suelos en la cuenca del Katari (Altiplano boliviano) : impactos en las poblaciones bacterianas. Séptimo Congreso de Ciencia de Suelo, PotosiBolivia, 15-17 Abril 2015 (invited conference).

Remerciements :

Ces recherches ont été menées par Denisse Archundia, en thèse de doctorat du CONACYT (gouvernement mexicain) encadrée par C. Duwig, J. Martins et M.C. Morel avec l’aide de Lorenzo Spadini. Les recherches ont été effectuées en collaboration avec la UMSA (Universidad Mayor de San Andrès, La Paz, Bolivie), et financées par l’IRD, le LABEX@2020, ANR grant # ANR-10-LABEX-56" et par un projet EC2CO : « Evaluation des risques liés à la dissémination des antibiotiques et de leurs impacts sur les fonctions écologiques des sols dans le bassin versant du Katari (Lac Titicaca, Bolivie). Nous remercions le laboratoire d’Analyse de Sols (LAS) de l’INRA-Arras pour les analyses de SMX dans les sols.

Plus d’infos :

http://www.bolivie.ird.fr/recherche/projets-de-recherche/environnement-et-ressources/katari-antibiotiques
http://www.bolivie.ird.fr/toute-l-actualite/