Le doctorant en génie civil Benjamin Davis prélève des échantillons d'eau de la rivière Rio Marin à Patillas, Porto Rico, début 2018. Crédit :Virginia Tech
Lorsque l'ouragan Maria a touché terre, dévaster la Dominique, Sainte-Croix, et Porto Rico en septembre 2017, les inondations et les pannes de courant ont fait des ravages sur les terres fragilisées, entraînant la contamination des cours d'eau par des déchets humains non traités et des micro-organismes pathogènes.
Six mois après l'ouragan meurtrier de catégorie 5, Le professeur de génie civil et environnemental de Virginia Tech, Amy Pruden, a dirigé une équipe de chercheurs de Virginia Tech, dont Maria Virginia Riquelme et William Rhoads, puis post-doctorants, qui ont fait leurs valises et leurs fournitures de laboratoire et se sont dirigés vers Porto Rico.
Le territoire insulaire des États-Unis situé au nord-est de la mer des Caraïbes avait été dévasté, plongeant ses 3,4 millions d'habitants dans la crise. La destruction massive a offert aux chercheurs une opportunité cruciale d'étudier comment les dommages causés aux infrastructures d'assainissement pourraient contribuer à la propagation de la résistance aux antibiotiques, une menace croissante pour la santé publique mondiale.
Dans une étude publiée dans l'American Chemical Society Journal des sciences et technologies de l'environnement, Des chercheurs de Virginia Tech et des collaborateurs internationaux ont développé une approche innovante de surveillance de la résistance aux antibiotiques en appliquant des techniques de séquençage de l'ADN pour détecter la propagation de maladies dans les bassins versants touchés par des tempêtes à grande échelle.
"Cette étude est une étape critique vers l'établissement d'une approche de surveillance unifiée et complète de la résistance aux antibiotiques dans les bassins versants, " dit Pruden, le professeur W. Thomas Rice de génie civil et environnemental. "Idéalement, il peut être appliqué comme référence pour suivre les perturbations et les problèmes de santé publique associés aux futures tempêtes. »
Durant la dernière décennie, Pruden, un microbiologiste et ingénieur en environnement, a travaillé avec ses étudiants en utilisant le séquençage d'ADN de nouvelle génération, une spécialité de Pruden, d'examiner les souches de Legionella telles qu'elles fonctionnaient auparavant, pendant, après, et en dehors des épidémies de maladie du légionnaire dans diverses villes du pays, dont Flint, Michigan.
Amy Pruden, Chercheur Virginia Tech. Crédit :Virginia Tech
Avec un financement RAPID de la National Science Foundation et en collaboration avec la chercheuse principale Christina Bandoragoda, chercheur à l'Université de Washington avec une expertise en modélisation des bassins versants et en analyse géospatiale, Les chercheurs de Virginia Tech se sont associés à Graciela Ramirez Toro, professeur et directeur du Centro de Educación, Conservación e Interpretación Ambiental, et son groupe de recherche à l'Université interaméricaine locale de San German, Porto Rico. Ensemble, ils ont identifié trois sites d'échantillonnage dans des bassins versants avec des modèles d'utilisation des terres et des niveaux d'eaux usées distincts qui étaient idéaux pour traquer les modèles géospatiaux dans l'occurrence de gènes bactériens qui causent la résistance aux antibiotiques.
Le doctorant de Pruden et premier auteur de l'article, Benjamin Davis, a utilisé une méthode appelée séquençage métagénomique de l'ADN pour détecter les gènes de résistance aux antibiotiques dans des échantillons d'eau de rivière de trois bassins versants, y compris des échantillons recueillis en marchant jusqu'à des tronçons vierges très en amont des bassins hydrographiques et en aval de trois usines de traitement des eaux usées. La métagénomique est l'étude du matériel génétique récupéré directement à partir d'échantillons environnementaux.
L'analyse des données a révélé que deux marqueurs anthropiques de résistance aux antibiotiques - des séquences d'ADN associées aux impacts humains sur le bassin versant - étaient en corrélation avec un ensemble distinct de gènes de résistance aux antibiotiques, par rapport à ceux qui étaient spécifiquement corrélés avec les marqueurs fécaux humains.
Une délimitation claire de l'influence des stations d'épuration sur les profils génétiques de résistance aux antibiotiques était apparente et les niveaux étaient élevés en aval des stations d'épuration, résultant en une grande diversité de gènes ayant un impact sur la résistance aux antibiotiques cliniquement importants, tels que les bêta-lactamines et les aminosides, dans les échantillons de bassin versant. Certains des gènes de résistance aux bêta-lactamines détectés étaient associés à des infections mortelles résistantes aux antibiotiques dans la région et ont montré des preuves de leur capacité à traverser les souches bactériennes. Il a également été noté que les gènes de résistance aux bêta-lactamines étaient prédits avec plus de précision par les marqueurs anthropiques de résistance aux antibiotiques que les marqueurs fécaux humains.
Bien que les niveaux de base des gènes de résistance aux antibiotiques dans les bassins versants portoricains avant l'ouragan Maria soient inconnus, des méthodologies de surveillance comme celles-ci pourraient être utilisées pour évaluer les impacts futurs des tempêtes majeures sur la propagation de la résistance aux antibiotiques, les chercheurs ont dit.
De nombreuses communautés internationales n'auront probablement pas accès à des outils de surveillance sophistiqués basés sur la métagénomique dans un proche avenir, mais l'identification de cibles géniques uniques, tels que les marqueurs anthropiques de résistance aux antibiotiques, rendre la surveillance des bassins versants de la résistance aux antibiotiques beaucoup plus accessible. Et ces gènes peuvent être quantifiés directement par amplification en chaîne par polymérase quantitative, rentable, résultats rapides en moins d'une journée.
