Dans une étude récemment publiée dans la revue Eau naturelLes chercheurs ont étudié la distribution du virus, les interactions avec l’hôte et le transfert du gène de résistance aux antibiotiques (ARG) aux microplastiques à l’aide du séquençage métagénomique et viromique.

Étude : Le métagénome viral révèle des hôtes microbiens et un résistome antibiotique associé sur les microplastiques.  Crédit photo : Kletr / ShutterstockÉtude: Le métagénome viral révèle des hôtes microbiens et un résistome antibiotique associé sur les microplastiques. Source de l’image : Kletr / Shutterstock

arrière-plan

La pollution microplastique persistante est une caractéristique de l’Anthropocène, posant des risques environnementaux et sanitaires en raison des lixiviats toxiques et de leur pénétration directe dans les tissus biologiques. Les microplastiques créent des niches uniques pour la colonisation microbienne et la croissance de biofilms, formant la « plastisphère » qui comprend diverses communautés microbiennes. Ces surfaces peuvent accumuler sélectivement des agents pathogènes, affectant potentiellement la transmission des maladies. Malgré leur omniprésence, les virus ont été largement négligés dans les études sur les plastisphères, bien que des preuves récentes montrent qu’ils persistent sur les microplastiques et interagissent avec des hôtes bactériens. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour comprendre pleinement l’impact écologique des communautés virales et du transfert d’ARG sur les microplastiques, ainsi que leur impact sur l’environnement et la santé humaine.

À propos de l’étude

En mars 2021, la présente étude a été menée sur deux types de microplastiques, le polyéthylène (PE) et le polypropylène (PP), dans la rivière Beilun, province du Guangxi, en Chine. Cinq sites le long de la rivière ont été sélectionnés en fonction de l’urbanisation et des caractéristiques physicochimiques, allant des régions rurales aux régions urbaines. Sur chaque site, 2,0 g de microplastiques (PE et PP) et de particules naturelles (pierre, bois, sable) ont été cultivés dans l’eau de la rivière. Les microplastiques ont été désinfectés avec de l’éthanol à 70 % et rincés à l’eau stérile, tandis que les particules naturelles ont été stérilisées pour éliminer les communautés bactériennes et virales natives. La période d’incubation était basée sur des études antérieures montrant une formation réussie de biofilm sur les plastiques en 30 jours.

Après incubation, des échantillons de microplastiques, de particules naturelles et d’eau ont été collectés et stockés à -20 °C pour analyse. Les grosses particules et les herbivores ont été filtrés et les concentrations de métaux ont été déterminées à l’aide de la spectrométrie d’émission optique à plasma à couplage inductif. Des propriétés physicochimiques et des niveaux d’urbanisation supplémentaires ont été mesurés.

Acide désoxyribonucléique (L’ADN) a été extrait à l’aide d’un kit FastDNA Spin et séquencé sur la plateforme HiSeq X. Des lectures de haute qualité ont été traitées pour prédire les cadres de lecture ouverts et supprimer les gènes redondants. Les génomes bactériens ont été assemblés et annotés à l’aide de divers outils bioinformatiques. L’ADN viral a été extrait, enrichi et séquencé pour identifier les contigs viraux et les clusters potentiels de virus sur les microplastiques.

Des analyses statistiques ont été effectuées à l’aide de R, y compris des analyses de diversité alpha et bêta, une analyse Adonis et une analyse de la taille de l’effet d’analyse discriminante linéaire (LEfSe) pour classer les taxons ou les gènes communs dans plusieurs échantillons.

Résultats de l’étude

Grâce au séquençage métagénomique, 28 732 espèces bactériennes ont été identifiées dans des échantillons de microplastiques du bassin versant de la rivière Beilun. Les phylums dominants comprenaient les protéobactéries, les acidobactéries, les actinobactéries et les chloroflexi, qui représentaient 52,6 % de la communauté bactérienne. La richesse et la régularité des espèces n’ont montré aucune différence significative selon l’emplacement ou le type de microplastique. La communauté bactérienne principale, composée de 25 883 espèces, représentait 78,4 % du total des espèces détectées, avec 12 284 espèces présentes dans tous les échantillons PE sauf un. La plupart des espèces (28 599) étaient partagées entre les microplastiques PE et PP, avec 49 et 84 espèces présentes uniquement dans le PE et le PP, respectivement.

Environ 0,32 % des espèces bactériennes étaient des pathogènes potentiels, avec 91 espèces détectées dans 11 souches. Les agents pathogènes dominants comprenaient Burkholderia cepacia (13,29 %), Klebsiella pneumoniae (10,21 %) et Pseudomonas aeruginosa (7,59 %). Un effet distance-jour significatif a été observé dans la similarité des communautés microbiennes entre les sites (R2 = 0,842, P < 0,001). L'analyse multidimensionnelle non métrique (NMDS) a montré des structures claires de communauté bactérienne entre les microplastiques PE et PP.

Pour les communautés virales, 226 853 fragments contig ont été obtenus, pour la plupart inférieurs à 1 000 kb. Myoviridés Et Siphoviridés domine et représente 58,8% de la fréquence du virus. La richesse et l’uniformité du virus ne différaient pas significativement entre les types de microplastiques. Les contigs viraux ont été classés en 501 genres, dont 364 partagés entre PE et PP. Un effet significatif de balise de distance a été observé dans les communautés virales entre les sites. L’analyse NMDS a révélé différentes communautés virales entre les microplastiques PE et PP.

L’annotation fonctionnelle des gènes des séquences bactériennes et virales sur les microplastiques a été utilisée dans diverses bases de données. La plupart des gènes viraux étaient non classés ou mal caractérisés, certains étant liés au traitement de l’information génétique et aux processus cellulaires. Les gènes fonctionnels des bactéries n’ont pas non plus été classés, certains étant liés aux voies métaboliques et à la biosynthèse. Les gènes de résistance aux métaux (MRG) et ARG ont été détectés dans les séquences virales et bactériennes, la résistance au Cu, au Zn, à l’As et au Fe étant la plus courante.

Les ARG bactériens codaient principalement pour la résistance aux gènes multidrogues, au macrolide-lincosamide-streptogramine (MLS) et à la tétracycline, tandis que les ARG viraux incluaient les gènes de résistance au triméthoprime, à la tétracycline et au MLS. Un transfert horizontal de gènes (HGT) d’ARG et de MRG a été observé entre des virus et leurs hôtes bactériens, suggérant un possible échange génétique facilité par les microplastiques.

Les microplastiques constituent une niche unique pour la colonisation microbienne et les échanges génétiques. Cette étude améliore la compréhension de la dynamique des communautés bactériennes et virales, de la distribution des gènes de résistance et des interactions hôte-virus sur les microplastiques par rapport aux particules naturelles et met en évidence leur rôle dans la propagation de la résistance aux antimicrobiens via le HGT.

Conclusions

En résumé, l’étude a révélé que les microplastiques colonisent différentes communautés bactériennes et virales dans la rivière Beilun par rapport aux particules naturelles. Bien que la diversité soit restée similaire d’un site à l’autre, le type de microplastique a affecté la composition de la communauté. En particulier, les chercheurs ont identifié des agents pathogènes potentiels et des ARG associés à la fois aux bactéries et aux virus sur les microplastiques. Ils ont observé des preuves de HGT entre virus et bactéries, suggérant que les microplastiques pourraient favoriser la propagation de la résistance aux antimicrobiens dans les environnements aquatiques. Ces résultats mettent en évidence les risques potentiels pour l’environnement et la santé humaine associés à la pollution microplastique.



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