Évaluation du potentiel des polymères superabsorbants comme agent de rétention de métaux lourds et métalloïdes des eaux minières et amendement dans les recouvrements de type sol

L’industrie minière est confrontée à de nombreux défis liés à la production d’importantes quantités de rejets solides lors des activités d’exploitation (roches stériles) et de traitement des minerais (résidus miniers fins ou rejet de concentrateur). Ces rejets qui sont parfois sulfureux, sont entreposés dans des aires de stockage appelées respectivement haldes à stériles et parcs à résidus. Cependant, une gestion inadéquate pourrait entraîner certaines instabilités d’ordres physique ou chimique qui pourraient engendrer d’énormes dégâts à l’environnement. Un exemple d’instabilité physique peut être les ruptures de digues provoquant la libération d’énormes quantités de résidus miniers dans l’environnement, détruisant ainsi la faune et la flore sur leur passage. L’instabilité d’ordre chimique ou géochimique se produit lorsque les résidus sulfureux s’oxydent à la suite de leur exposition à l’oxygène de l’air et à l’eau des précipitations, et produisent le drainage minier acide (DMA). Le DMA est l’un des problèmes environnementaux miniers le plus important. Afin de limiter les risques liés aux instabilités physique (rupture de digues) et chimique (DMA) et leur impact à long terme sur l’environnement, les rejets sulfureux doivent être gérés de façon adéquate. De nombreuses techniques ont été développées pour la gestion des résidus miniers fins comme les méthodes de stockage en surface des résidus miniers fins sous forme densifiée (densification par déshumidification) et la gestion intégrée des résidus par différents types de recouvrement jouant le rôle de barrière à l’oxygène de l’air ou à l’eau pour limiter leur oxydation. Habituellement, des matériaux granulaires de nature géologique proches du site, des géocomposites ou des géomembranes sont utilisés à cette fin. En outre, l’utilisation des polymères superabsorbants (PSA) pour la déshumidification des résidus miniers fins en pulpe s’est avérée comme une alternative prometteuse pour la réduction des risques d’instabilité physique des digues des parcs à résidus. La présente étude s’inscrit dans un projet de recherche visant à évaluer l’utilisation des polymères superabsorbants (PSA) de type polyacrylate de sodium (PA-Na) dans la gestion des résidus miniers fins. L’étude a donc pour but d’évaluer la faisabilité de création d’une couche de faible perméabilité (CFP) faite d’un mélange de sable ou de résidus miniers fins avec des PSA et pouvant servir comme matériau dans les systèmes de recouvrement des parcs à résidus miniers fins (phase 1). De plus, la performance des PSA dans l’enlèvement (total ou partiel) des métaux lourds dissous dans les effluents miniers a été évaluée dans le contexte de la CFP avec PSA (phase 2). Dans la première phase, quatre types de PSA (M06K, M06L, M85F et A03P), fournis par la compagnie Drummondville, Recyc-PHP Inc., ont été caractérisés. Les analyses granulométriques à sec ont permis de les classifier selon la taille moyenne des grains (du plus fin au plus grossier): M0685F < M06K < A03P < M06L. Les essais d’absorption et de désorption permettant d’évaluer la capacité d’absorption et de rétention de l’eau ou des effluents miniers des PSA ainsi que les essais préliminaires réalisés ont permis de : i) choisir les PSA à grains grossiers (M06K, A03P et M06L) et leur dosage (1 g/500 ml d’eau) pour la déshumidification des résidus en pulpe, ii) choisir le PSA à grains fins M85F et les différentes proportions (de 0,3% à 1% de la masse sèche de sable ou de résidus) dans les mélanges destinés à la création de la couche de faible perméabilité (CFP) dite de rétention d’humidité (CRH). Les caractérisations hydrogéotechniques de la CFP en laboratoire (conductivité hydraulique saturée ou ksat, courbes de rétention d’eau CRE) ont été réalisées avec des mélanges contenant uniquement les PSA à grains fins (M85F) à cause de leur capacité à former du gel (gel blocking). Les résultats obtenus révèlent que plus la proportion de PSA est importante dans le matériau, plus la conductivité hydraulique saturée du mélange devient faible, et atteint 10-7 à 10-8 m/s, alors que ksat mesurée pour le sable (matériau témoin) était de 10-5 m/s, soit une réduction de 2 à 3 ordres de grandeur. Dans la deuxième phase, des essais en colonne ont été réalisés pour évaluer le comportement de la CFP. Les résultats ont démontré que les mélanges de sable avec des PSA à grains fins (M85F) avaient une très grande capacité de rétention de l’eau absorbée et de l’humidité environnante. En effet, les CFP simulés en colonnes semblaient imperméables à l’eau après que le gel des PSA contenu dans le mélange se soit formé à la suite du rinçage/mouillage par suite du gel formé, dépendamment de la proportion des PSA. Dans cette phase, les essais d’enlèvement de métaux lourds dissous dans des solutions synthétiques (simulant le drainage neutre contaminé ou DNC) par les PSA ont montré des résultats concluants et très encourageants pour la gestion des eaux minières. En effet, les taux d’enlèvement d’éléments As, Co, Cu et Ni sont respectivement de 89,2 à 90,4% (avec les PSA M06L), 54,9 à 65,4% (avec les PSA M85F), 50,8 à 58,1% (avec les PSA A03P) et 55,9 à 62,7% (avec les PSA M06K). Au terme de cette étude, les résultats obtenus montrent qu’il serait tout à fait faisable de créer une couche de faible perméabilité (CFP) dite de rétention d’humidité (CRH) en mélangeant un matériau de nature géologique (sable) avec de très faibles proportions ( 1% de la masse sèche de sable) de de matériaux synthétiques (PSA de type PA-Na). Une telle couche CFP a démontré sa capacité à réduire drastiquement la perméabilité du sable qui devient un matériau quasi imperméable qui agira comme barrière à l’oxygène ou barrière à l’eau dans des systèmes de recouvrement pour la restauration des parcs à résidus. De plus, les PSA ont démontré un grand potentiel pour l’enlèvement significatif de certains métaux lourds ou métalloïdes dissous dans des eaux contaminées et auraient un potentiel d’utilisation dans la gestion du DNC, afin de réduire son impact sur l’environnement

Genomic characterization of novel Neisseria species

Abstract: Of the ten human-restricted Neisseria species two, Neisseria meningitidis, and Neisseria gonorrhoeae, cause invasive disease: the other eight are carried asymptomatically in the pharynx, possibly modulating meningococcal and gonococcal infections. Consequently, characterizing their diversity is important for understanding the microbiome in health and disease. Whole genome sequences from 181 Neisseria isolates were examined, including those of three well-defined species (N. meningitidis; N. gonorrhoeae; and Neisseria polysaccharea) and genomes of isolates unassigned to any species (Nspp). Sequence analysis of ribosomal genes, and a set of core (cgMLST) genes were used to infer phylogenetic relationships. Average Nucleotide Identity (ANI) and phenotypic data were used to define species clusters, and morphological and metabolic differences among them. Phylogenetic analyses identified two polyphyletic clusters (N. polysaccharea and Nspp.), while, cgMLST data grouped Nspp isolates into nine clusters and identified at least three N. polysaccharea clusters. ANI results classified Nspp into seven putative species, and also indicated at least three putative N. polysaccharea species. Electron microscopy identified morphological differences among these species. This genomic approach provided a consistent methodology for species characterization using distinct phylogenetic clusters. Seven putative novel Neisseria species were identified, confirming the importance of genomic studies in the characterization of the genus Neisseria

Narrative review of methods and findings of recent studies on the carriage of meningococci and other Neisseria species in the African Meningitis Belt.

OBJECTIVE: To review the findings of studies of pharyngeal carriage of Neisseria meningitidis and related species conducted in the African meningitis belt since a previous review published in 2007. METHODS: PubMed and Web of Science were searched in July 2018 using the terms 'meningococcal OR Neisseria meningitidis OR lactamica AND carriage AND Africa', with the search limited to papers published on or after 1st January 2007. We conducted a narrative review of these publications. RESULTS: One hundred and thirteen papers were identified using the search terms described above, 20 of which reported new data from surveys conducted in an African meningitis belt country. These papers described 40 surveys conducted before the introduction of the group A meningococcal conjugate vaccine (MenAfriVacR ) during which 66 707 pharyngeal swabs were obtained. Carriage prevalence of N. meningitidis varied substantially by time and place, ranging from <1% to 24%. The mean pharyngeal carriage prevalence of N. meningitidis across all surveys was 4.5% [95% CI: 3.4%, 6.8%] and that of capsulated N. meningitidis was 2.8% [95% CI: 1.9%; 5.2%]. A study of households provided strong evidence for meningococcal transmission within and outside households. The introduction of MenAfriVac® led to marked reductions in carriage of the serogroup A meningococcus in Burkina Faso and Chad. CONCLUSIONS: Recent studies employing standardised methods confirm the findings of older studies that carriage of N. meningitidis in the African meningitis belt is highly variable over time and place, but generally occurs with a lower prevalence and shorter duration than reported from industrialised countries

Pharyngeal carriage of Neisseria species in the African meningitis belt.

OBJECTIVES: Neisseria meningitidis, together with the non-pathogenic Neisseria species (NPNs), are members of the complex microbiota of the human pharynx. This paper investigates the influence of NPNs on the epidemiology of meningococcal infection. METHODS: Neisseria isolates were collected during 18 surveys conducted in six countries in the African meningitis belt between 2010 and 2012 and characterized at the rplF locus to determine species and at the variable region of the fetA antigen gene. Prevalence and risk factors for carriage were analyzed. RESULTS: A total of 4694 isolates of Neisseria were obtained from 46,034 pharyngeal swabs, a carriage prevalence of 10.2% (95% CI, 9.8-10.5). Five Neisseria species were identified, the most prevalent NPN being Neisseria lactamica. Six hundred and thirty-six combinations of rplF/fetA_VR alleles were identified, each defined as a Neisseria strain type. There was an inverse relationship between carriage of N. meningitidis and of NPNs by age group, gender and season, whereas carriage of both N. meningitidis and NPNs was negatively associated with a recent history of meningococcal vaccination. CONCLUSION: Variations in the prevalence of NPNs by time, place and genetic type may contribute to the particular epidemiology of meningococcal disease in the African meningitis belt

Hierarchical genomic analysis of carried and invasive serogroup A Neisseria meningitidis during the 2011 epidemic in Chad

BACKGROUND: Serogroup A Neisseria meningitidis (NmA) was the cause of the 2011 meningitis epidemics in Chad. This bacterium, often carried asymptomatically, is considered to be an "accidental pathogen"; however, the transition from carriage to disease phenotype remains poorly understood. This study examined the role genetic diversity might play in this transition by comparing genomes from geographically and temporally matched invasive and carried NmA isolates. RESULTS: All 23 NmA isolates belonged to the ST-5 clonal complex (cc5). Ribosomal MLST comparison with other publically available NmA:cc5 showed that isolates were closely related, although those from Chad formed two distinct branches and did not cluster with other NmA, based on their MLST profile, geographical and temporal location. Whole genome MLST (wgMLST) comparison identified 242 variable genes among all Chadian isolates and clustered them into three distinct phylogenetic groups (Clusters 1, 2, and 3): no systematic clustering by disease or carriage source was observed. There was a significant difference (p = 0.0070) between the mean age of the individuals from which isolates from Cluster 1 and Cluster 2 were obtained, irrespective of whether the person was a case or a carrier. CONCLUSIONS: Whole genome sequencing provided high-resolution characterization of the genetic diversity of these closely related NmA isolates. The invasive meningococcal isolates obtained during the epidemic were not homogeneous; rather, a variety of closely related but distinct clones were circulating in the human population with some clones preferentially colonizing specific age groups, reflecting a potential age-related niche adaptation. Systematic genetic differences were not identified between carriage and disease isolates consistent with invasive meningococcal disease being a multi-factorial event resulting from changes in host-pathogen interactions along with the bacterium.The MenAfriCar consortium, funded by the Wellcome Trust (grant number: 086546/Z/08/Z) and the Bill and Melinda Gates Foundation (grant number: 51251) supported the costs of sequencing. Kanny Diallo holds a Wellcome Trust Training Fellowship in Public Health and Tropical Medicine (grant number: 103957/Z/14/Z). The funding sources had no role in the study design, collection, analysis and interpretation of the data, in the writing of the report or in the decision to submit the paper for publication. Martin Maiden was supported by the Wellcome Trust (grant number: 087622/Z/08/Z)

Alternative Molecular Methods for Improved Detection of Meningococcal Carriage and Measurement of Bacterial Density.

Conventional methods for detecting pharyngeal carriage of Neisseria meningitidis are complex. There is a need for simpler methods with improved performance. We have investigated two alternative approaches. Three pharyngeal swabs were collected from 999 pupils aged 10 to 18 years in The Gambia. Carriage of N. meningitidis was investigated by using three different methods: (i) plating on Thayer-Martin selective medium and testing by conventional microbiological methods followed by PCR testing; (ii) seeding in Todd-Hewitt broth (THB) and, after culture overnight, testing by PCR; and (iii) compression of the swab on filter paper and, after DNA concentration, testing by PCR. PCR after culture in THB was more than twice as sensitive as conventional methods in detecting N. meningitidis (13.2% versus 5.7%; P < 0.0001). PCR after DNA extraction from filter paper had a sensitivity similar to that of conventional methods (4.9% versus 5.7%; P = 0.33). Capsular genogroups detected by broth culture were genogroups W (21 isolates), B (12 isolates), Y (8 isolates), E (3 isolates), and X (2 isolates), and 68 meningococci had the capsule-null intergenic region. The distributions of genogroups and of capsule-null organisms were similar with each of the three methods. The carriage density in samples extracted from filter paper ranged from 1 to 25,000 DNA copies. PCR of broth cultures grown overnight doubled the yield of N. meningitidis carriage isolates compared with conventional methods. This approach could improve the efficiency of carriage studies. Collection on filter paper followed by quantitative PCR could be useful for density measurement and for carriage studies in areas with limited resources.The study was funded by grants from the Bill and Melinda Gates Foundation, the Wellcome Trust and the Meningitis Research Foundation to the MenAfriCar Consortium.This is the final version of the article. It first appeared from the American Society for Microbiology via https://doi.org/10.1128/JCM.01428-1

Pharyngeal carriage of Neisseria species in the African meningitis belt.

OBJECTIVES: Neisseria meningitidis, together with the non-pathogenic Neisseria species (NPNs), are members of the complex microbiota of the human pharynx. This paper investigates the influence of NPNs on the epidemiology of meningococcal infection. METHODS: Neisseria isolates were collected during 18 surveys conducted in six countries in the African meningitis belt between 2010 and 2012 and characterized at the rplF locus to determine species and at the variable region of the fetA antigen gene. Prevalence and risk factors for carriage were analyzed. RESULTS: A total of 4694 isolates of Neisseria were obtained from 46,034 pharyngeal swabs, a carriage prevalence of 10.2% (95% CI, 9.8-10.5). Five Neisseria species were identified, the most prevalent NPN being Neisseria lactamica. Six hundred and thirty-six combinations of rplF/fetA_VR alleles were identified, each defined as a Neisseria strain type. There was an inverse relationship between carriage of N. meningitidis and of NPNs by age group, gender and season, whereas carriage of both N. meningitidis and NPNs was negatively associated with a recent history of meningococcal vaccination. CONCLUSION: Variations in the prevalence of NPNs by time, place and genetic type may contribute to the particular epidemiology of meningococcal disease in the African meningitis belt.MenAfriCar was funded by the Wellcome Trust (086546/Z/08/Z) and the Bill and Melinda Gates Foundation (51251). Kanny Diallo holds a Wellcome Trust Training Fellowship in Public Health and Tropical Medicine.This is the final version of the article. It first appeared from Elsevier via https://doi.org/10.1016/j.jinf.2016.03.01

Correction: A Seroepidemiological Study of Serogroup A Meningococcal Infection in the African Meningitis Belt.

[This corrects the article DOI: 10.1371/journal.pone.0147928.]

The molecular epidemiology and ecology of Neisseria species in the African meningitis belt

Neisseria meningitidis (Nm) is one of the major causes of bacterial meningitis in the African meningitis belt (AMB). This organism is part of the genus Neisseria, which includes ten human restricted species, mostly harmless commensals of the nasopharynx; however, Nm is capable of causing invasive meningococcal disease. The transition from carriage to pathogenic state remains perplexing, and strict virulece factors have yet to be identified. It has been hypothesised that non-pathogenic Neisseria (NPN) carried asymptomatically in the oroopharynx could play a role in modulating carriage of Nm, and therefore, its likelihood of invasion. In chapter 3, the diversity of the genus was characterised within a collection of 46 034 nasopharyngeal samples obtained across the AMB: five different species were identified, with Nm and NPNs displaying inversely related risk factors fo carriage. Chapter 5 presents the whole genome sequence (WGS) analysis of 107 Neisseria isolates unclassified by other methods. This higher genetic resolution, complemented with the use of a novel speciation approach, revealed seven novel Neisseria species, mostly collected in African countries. The invasive potential may also be due to the presence of particular genetic factors in the meningococcal genome. Chapter 4 presents the WGS comparison of 23 carried and invasive serogroup A Nm collected in Chad during the 2011 meningitis epidemic. Isolates from both phenotypic groups were found to be part of the same bacterial populations; however, discrete clusters were identified, associated with distinct age groups. These results indicate that genomic analyses are essential to appropriately study Neisseria diversity, and that lower resolution methods have greatly underestimated the diversity of the genus in Africa. The identification of Nm clusters associated with certain niches and of the differences in carriage risk factors suggests that variation in the environment, including the presence of NPNs, may be key in modulating carriage of Nm.</p

The transcriptional analysis of the macrophages' innate immune responses to «Salmonella typhiumurium and Legionella pneumophila» infection

Macrophages are the first line of defense against microbial pathogens; they recognize microbial structures and products via surface receptors (Fc, C3b, SR, TLR) and intracellular antigen sensors (NLR family). Engagement of surface receptors results in phagocytosis of the microbe into a specialized vacuole, the phagosome. Through a series of fusogenic events, the phagosome matures into a fully microbicidal phagolysosome that is highly acidic and contains a number of degradative enzymes and toxic molecules that cause destruction of the microbe. Salmonella typhimurium (S. typhimurium) and Legionella pneumophila (L. pneumophila) are two pathogenic Gram-negative bacteria that are able to block phagosome maturation. Our hypothesis is that the macrophages' response to these pathogens contains a core response, which is induced by both pathogens, as well as a pathogen-specific response. We used a genome-wide transcription profiling approach to compare macrophage responses to phagocytosis of S. typhimurium or L. pneumophila at early time points, 2h (T2) and 4h (T4) post-infection (p.i.). The infections were performed on the macrophage-like cell line J774, and RNA isolated from infected and non-infected cells was hybridized to Mouse WG6 Illumina microarrays. Pairwise analysis led to the identification of 159 genes differently regulated compared to Non Infected (NI) samples in response to L. pneumophila infection at T2, 148 genes at T4 and 192 genes differently regulated in response to S. typhimurium at T2, and 402 genes at T4. Comparative analysis identified three groups of genes: 164 (T2) and 347 (T4) "Salmonella typhimurium-specific" genes, 131 (T2) and 99 (T4) "Legionella pneumophila-specific" genes. This analysis also revealed that 28 (T2) and 49 (T4) genes were differentially expressed in response to both pathogens. A list of 27 genes was validated using quantitative RT-PCR. Networking programs, including STRING or Pathvisio were used to generate 3 interaction networks illustrative of these three groups of genes. Our results clearly show that TNF-α is associated with the macrophage response to both infections, with this gene playing a central role in this pathway. The Legionella specific pathway is centered on Egr1, Fos and Jun whereas the Salmonella specific pathway has 3 nodes centered on Il10, Il6 and Ccnd1.Les macrophages représentent la première ligne de défense contre les pathogènes intracellulaires. Ils sont capables d'identifier des structures et protéines spécifiques aux bactéries grâce à des récepteurs membranaires, (Fc, C3b, SR and TLR) et à des molécules cytosoliques capables de reconnaitre des antigènes sur la surface des bactéries. Le contact entre les récepteurs à la surface des deux protagonistes entraine la phagocytose du microbe dans un compartiment spécialisé appelé le phagosome. À la suite d'une série d'évènements de maturation, le phagosome se développe en un phago-lysosome capable de détruire les microbes phagocités grâce à leur environement très acide et la présence d'enzymes dégradatives et de molécules toxiques pour les pathogènes. Salmonella typhimurium (S. typhimurium) et Legionella pneumophila (L. pneumophila) sont deux bactéries Gram-négatives capables d'éviter la réponse immunitaire innée. Notre hypothèse défend l'idée que la réponse du macrophage à ces deux pathogènes comprend une réponse commune, élicitée par les deux bactéries et une réponse spécifique à chacun de ces pathogènes. Nous avons utilisé une étude transcriptionnelle, à l'échelle du génome, pour comparer les premières réponses à 2h (T2) et 4h (T4) suivant l'infection du macrophage par S. typhimurium à celle par L. pneumophila. Les infections ont été faites sur des cellules immortalisées, J774 et l'ARN a été isolé puis hybridé sur des micropuces (Illumina MouseWG6). Une comparaison par paire nous a permis d'identifier 159 gènes régulés de manière différente entre les groupes non infectés et ceux infectés par L. pneumophila à T2, 148 gènes à T4; similairement 192 gènes à T2 et 402 à T4 étaient différemment régulé par l'infection de S. typhimurium. Une analyse comparative des résultats de micropuces entre les infections avec ces deux pathogènes nous a permis de générer trois groupes de gènes : 164 (T2) et 347 (T4) gènes sont impliqués dans la réponse du macrophage à l'infection de S. typhimurium tandis que 131 (T2) et 99 (T4) gènes sont associés à la réponse à l'infection de L. pneumophila. Cette analyse a aussi révélé 28 (T2) and 49 (T4) gènes appartenant à une réponse commune du macrophage à ces deux infections. Une liste de 27 gènes à été validé par amplification en chaîne par polymérase (PCR) et l'utilisation de programmes tels que STRING et Pathvisio nous a permis de créer 3 schémas d'interactions entre les gènes de nos trois groupes. Nos résultats montrent que TNF-α est clairement associé à la réponse du macrophage aux deux bactéries et semble être au centre de la réponse aux infections. La réponse spécifique à Legionnella est centrée autour de 3 gènes, Egr1, Fos et Jun tandis que la réponse spécifique à Salmonella est, elle, centrée sur IL10, Il6 et Ccnd1