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 ne dit pas toute l’histoire.
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 résistants 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.
Au cours du 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 étapes ultérieures du traitement peuvent, dans certaines situations, avoir un impact négatif sur l’eau rejetée dans 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 « prises », des instantanés collectés lorsque le débit à travers une usine de traitement des eaux usées est au minimum .
Stadler et les auteurs principaux Esther Lou et Priyanka Ali, tous deux étudiants diplômés de son laboratoire, ont rapporté leurs résultats dans la revue ACS Sciences et technologies de l’environnement : Eau.
Les résultats pourraient conduire à de meilleurs protocoles de traitement des eaux usées afin de réduire la prévalence de gènes résistants aux antibiotiques dans les bactéries qui se propagent dans 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, causant 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 continue des 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 Health Department 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.
La conclusion pour les testeurs est que les instantanés peuvent entraîner des biais involontaires dans leurs résultats, a déclaré Stadler.
« Je pense qu’il est intuitif que la saisie d’un seul échantillon d’eaux usées ne soit pas représentative de ce qui s’écoule tout au long de la journée », a déclaré Stadler, qui est également membre du corps professoral du traitement de l’eau activé par la nanotechnologie (NEWT) basé sur Rice et soutenu par la National Science Foundation. ) Centre. « Les débits et les charges d’eaux usées varient au cours de la journée, en raison des modes d’utilisation de l’eau. Bien que nous sachions que cela est vrai, personne n’a montré dans quelle mesure les gènes résistants aux antibiotiques varient au cours de la journée. »
Pour l’étude, l’équipe Rice a prélevé des échantillons instantanés et composites lors de deux campagnes de 24 heures, une pendant l’été et une autre pendant l’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 ont effectué des tests PCR en laboratoire pour quantifier plusieurs gènes cliniquement pertinents 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 recueillis leur ont permis de déterminer la concentration d’ARG et les charges au cours d’une journée de semaine typique, la variabilité des taux d’élimination dans les usines en fonction des échantillons instantanés et l’impact du traitement secondaire et de la désinfection au chlore sur l’élimination des ARG, ainsi que la possibilité de comparer les grappins et les composites.
L’équipe a constaté que la grande majorité de l’enlèvement d’ARG s’est produite en raison de processus biologiques par opposition à la désinfection chimique. En effet, ils ont observé que la chloration, utilisée comme désinfectant final avant que les eaux usées traitées ne soient rejetées dans l’environnement, peut avoir sélectionné des organismes résistants aux antibiotiques.
Étant donné que les résultats des instantanés peuvent varier considérablement au cours d’une journée donnée, ils ont dû être collectés à un rythme régulier sur 24 heures. Cela a obligé Lou et Ali à passer plusieurs longs quarts de travail à la station d’épuration des eaux usées de la ville de 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, sans pause à différents endroits d’un système d’eaux usées. Le projet en cours chez Rice pour construire des capteurs bactériens qui émettent un signal électrique immédiat dès qu’ils détectent une cible a fait l’objet de une étude en La 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 ramenés 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 système d’assainissement et rendre compte de ce qu’ils voient en temps réel. Nous travaillons dans ce sens. »
Rice Karen Lu et Prashant Kalvapalle, étudiant diplômé au doctorat en biologie des systèmes, synthétique et physique. programme, sont co-auteurs de l’étude.
Plus d’information:
Esther G. Lou et al, Les taux instantanés d’élimination des ARG dans les usines de traitement des eaux usées ne sont pas représentatifs en raison des variations diurnes, ACS ES&T Eau (2022). DOI : 10.1021/acsestwater.2c00467