Développement d'outils microbiologiques et chimiques permettant d'identifier l'origine des pollutions fécales dans les eaux de baignades

La pollution organique issue des effluents d'élevage et des stations d'épuration urbaines conduit à un problème essentiel de santé publique lié à la contamination des eaux de surface où s'exercent des activités sensibles telles que la baignade. S'il est possible de déterminer les pollutions localisées liées à un dysfonctionnement des systèmes de traitement, il est beaucoup plus difficile d'identifier les pollutions organiques diffuses qui participent pourtant majoritairement à la dégradation de la qualité des eaux de surface. La problématique des pollutions diffuses est d'autant plus importante que la nouvelle réglementation européenne concernant les eaux de baignade (Directive 2006/7/CE) demande de constituer des profils de baignade qui nécessitent une identification et une hiérarchisation des sources de pollutions fécales. Le dénombrement de Escherichia coli et des entérocoques intestinaux stipulé par les textes réglementaires européens, représente actuellement le seul outil analytique permettant la mise en évidence d'une contamination fécale du milieu aquatique, sans toutefois différencier l'origine humaine ou animale de cette contamination. Il est donc nécessaire de développer de nouvelles méthodes de détection de la pollution fécale qui puissent non seulement mettre en évidence une contamination mais aussi en indiquer l'origine. C'est d'ailleurs dans cet objectif que s'est développé depuis quelques années, le concept de "Microbial Source Tracking" ("Traceurs de Sources Microbiennes") qui consiste à identifier à l'aide de marqueurs microbiologiques ou chimiques les sources de pollutions fécales. Dans ce contexte, six laboratoires de recherche se sont associés pour développer des techniques de traçage des contaminations fécales afin de proposer un outil opérationnel utilisable pour différencier les sources de pollution, de leur point d'émission jusqu'au milieu récepteur final que constituent les eaux de surface. Les marqueurs qui ont fait l'objet de cette étude sont des molécules chimiques naturelles (stéroïdes, caféine), des molécules de synthèse retrouvées dans les effluents de stations d'épuration ou des rapports de fluorescence de la matière organique ainsi que des micro-organismes (bactériophages, bactéries). A la suite des développements méthodologiques, plusieurs marqueurs ont été sélectionnés : - bactéries appartenant aux groupes bactériens dominants du tractus intestinal humain (Bifidobacterium adolescentis) et porcin (Lactobacillus amylovorus) ; - Bacteroidales spécifiques des humains, porcins et bovins (HF183, Pig-2-Bac, Rum-2-Bac); - génogroupes humains des bactériophages F ARN spécifiques; - rapports de stéroïdes : coprostanol/(24ethylcoprostanol+coprostanol) (R1) et sitostanol/coprostanol (R2); - caféine, benzophénone et tri(2-chloroethyl)phosphate (TCEP)

Relative Decay of Fecal Indicator Bacteria and Human-Associated Markers: A Microcosm Study Simulating Wastewater Input into Seawater and Freshwater

Fecal contaminations of inland and coastal waters induce risks to human health and economic losses. To improve water management, specific markers have been developed to differentiate between sources of contamination. This study investigates the relative decay of fecal indicator bacteria (FIB, Escherichia coli and enterococci) and six human-associated markers (two bacterial markers: Bacteroidales HF183 (HF183) and Bifidobacterium adolescentis (BifAd); one viral marker: genogroup II F-specific RNA bacteriophages (FRNAPH II); three chemical markers: caffeine and two fecal stanol ratios) in freshwater and seawater microcosms seeded with human wastewater. These experiments were performed in darkness, at 20 °C and under aerobic conditions. The modeling of the decay curves allows us (i) to compare FIB and markers and (ii) to classify markers according to their persistence in seawater (FRNAPH II < HF183, stanol ratios < BifAd, caffeine) and in freshwater (HF183, stanol ratios < FRNAPH II < BifAd < caffeine). Although those results depend on the experimental conditions, this study represents a necessary step to develop and validate an interdisciplinary toolbox for the investigation of the sources of fecal contaminations

Transfert des bactéries entériques dans l’environnement

International audienceMalgré des efforts importants d’amélioration de la gestion et de traitement des effluents, la pollution organique d’origine agricole et urbaine peut conduire à un problème essentiel de santé publique lié à la contamination des eaux de surface où s'exercent des activités sensibles telles que la baignade et la conchyliculture. Le transfert des agents pathogènes (virus, bactéries, parasites) des effluents vers les eaux peut être direct à l’exemple des rejets de stations d'épuration ou indirect, via le ruissellement après épandage des effluents. La majorité des travaux rapportés dans la littérature scientifique concernent le devenir des bactéries entériques. Leur survie dans le sol et l’eau dépend de leurs propriétés métaboliques intrinsèques ainsi que des conditions environnementales telles que les propriétés chimiques et physiques du sol et la salinité de l’eau, la température, les UV, l’accès aux nutriments, la prédation et la compétition pour leur source de carbone. Leur transfert du sol vers les eaux dépend essentiellement des conditions climatiques et des caractéristiques du sol (porosité, granulométrie, capacité de rétention d’eau). La multiplicité des facteurs intervenant sur le transfert des bactéries du sol vers les eaux de surface rend difficile l’estimation du risque de contamination des eaux de surface par les épandages. Toutefois, il a été observé que (i) la période hivernale est propice au ruissellement et aux transferts latéraux des bactéries, (ii) les effluents épandus en surface sans incorporation conduisent à un transport des bactéries entériques plus rapide par les ruissellements que ceux injectés ou mélangés au sol et (iii) le transfert vertical des bactéries est plus rapide dans les sols ayant des textures grossières avec des larges pores comparées aux textures fines. Par ailleurs, une fois dans l’eau, la persistance des bactéries entériques diminue avec l’augmentation de la salinité et de l’ensoleillement. En conclusion, la survie et le transfert des bactéries entériques sont régulés par de nombreux facteurs liés aux caractéristiques des sols et aux conditions climatiques. Il est néanmoins possible de limiter les transferts du sol vers les eaux de surface en favorisant la rétention et la mortalité des bactéries, ce qui peut être obtenu en réalisant l’épandage en conditions climatiques sèches et en incorporant rapidement les effluents dans le sol

Transfert des bactéries entériques dans l’environnement

International audienceMalgré des efforts importants d’amélioration de la gestion et de traitement des effluents, la pollution organique d’origine agricole et urbaine peut conduire à un problème essentiel de santé publique lié à la contamination des eaux de surface où s'exercent des activités sensibles telles que la baignade et la conchyliculture. Le transfert des agents pathogènes (virus, bactéries, parasites) des effluents vers les eaux peut être direct à l’exemple des rejets de stations d'épuration ou indirect, via le ruissellement après épandage des effluents. La majorité des travaux rapportés dans la littérature scientifique concernent le devenir des bactéries entériques. Leur survie dans le sol et l’eau dépend de leurs propriétés métaboliques intrinsèques ainsi que des conditions environnementales telles que les propriétés chimiques et physiques du sol et la salinité de l’eau, la température, les UV, l’accès aux nutriments, la prédation et la compétition pour leur source de carbone. Leur transfert du sol vers les eaux dépend essentiellement des conditions climatiques et des caractéristiques du sol (porosité, granulométrie, capacité de rétention d’eau). La multiplicité des facteurs intervenant sur le transfert des bactéries du sol vers les eaux de surface rend difficile l’estimation du risque de contamination des eaux de surface par les épandages. Toutefois, il a été observé que (i) la période hivernale est propice au ruissellement et aux transferts latéraux des bactéries, (ii) les effluents épandus en surface sans incorporation conduisent à un transport des bactéries entériques plus rapide par les ruissellements que ceux injectés ou mélangés au sol et (iii) le transfert vertical des bactéries est plus rapide dans les sols ayant des textures grossières avec des larges pores comparées aux textures fines. Par ailleurs, une fois dans l’eau, la persistance des bactéries entériques diminue avec l’augmentation de la salinité et de l’ensoleillement. En conclusion, la survie et le transfert des bactéries entériques sont régulés par de nombreux facteurs liés aux caractéristiques des sols et aux conditions climatiques. Il est néanmoins possible de limiter les transferts du sol vers les eaux de surface en favorisant la rétention et la mortalité des bactéries, ce qui peut être obtenu en réalisant l’épandage en conditions climatiques sèches et en incorporant rapidement les effluents dans le sol

Devenir des bactéries résistantes et gènes de résistance au cours du compostage et de la méthanisation

National audienceLes lisiers, les fumiers et les litières des animaux d’élevage sont le plus souvent stockés avant épandage. Ils peuvent également être traités afin d’améliorer leur capacité amendante (compostage) ou pour produire de l’énergie (méthanisation). Parce qu’ils combinent une forte densité bactérienne et des concentrations en antibiotiques susceptibles d’induire une résistance, les effluents d’élevages représentent des environnements favorables au maintien et à la dissémination des gènes de résistance. Leur stockage n’impacte pas ou peu les teneurs en gènes de résistance aux antibiotiques. Grâce à l’augmentation significative de la température, le compostage paraît plus efficace que le simple stockage pour réduire les teneurs en gènes de résistance. Cependant, les résultats des études divergent selon les gènes ciblés et le compostage ne conduit pas systématiquement à une diminution des gènes de résistance aux antibiotiques. Il a été observé un faible impact de la digestion anaérobie mésophile sur l’antibiorésistance mais, en raison du manque de données disponibles, de la complexité des facteurs intervenant dans la méthanisation et de la variabilité des conditions d’expérimentation, il est difficile d’estimer clairement l’impact de ce procédé. Il ressort néanmoins des études que le mode de gestion de la méthanisation (thermophile vs mésophile, charge organique, …) joue un rôle sur la diminution des teneurs en bactéries résistantes

Comparison of DNA extraction kits and modification of DNA elution procedure for the quantitation of subdominant bacteria from piggery effluents with real-time PCR

International audienceFour commercial DNA extraction kits and a minor modification in the DNA elution procedure were evaluated for the quantitation of bacteria in pig manure samples. The PowerSoil®, PowerFecal®, NucleoSpin® Soil kits and QIAamp® DNA Stool Mini kit were tested on raw manure samples and on lagoon effluents for their ability to quantify total bacteria and a subdominant bacteria specific of pig manure contamination: Lactobacillus amylovorus. The NucleoSpin® Soil kit (NS kit), and to a lesser extent the PowerFecal® kit were the most efficient methods. Regardless of the kit utilized, the modified elution procedure increased DNA yield in the lagoon effluent by a factor of 1.4 to 1.8. When tested on 10 piggery effluent samples, compared to the QIAamp kit, the NS kit combined with the modified elution step, increased by a factor up to 1.7 log10 the values of the concentration of L. amylovorus. Regardless of the type of manure, the best DNA quality and the highest concentrations of bacteria were obtained using the NS kit combined with the modification of the elution procedure. The method recommended here significantly improved quantitation of subdominant bacteria in manure. Four commercial DNA extraction kits and a minor modification in the DNA elution procedure were evaluated for the quantitation of bacteria in pig manure samples. Modification of the elution procedure significantly improved quantitation of subdominant bacteria in manure. © 2014 The Authors. MicrobiologyOpen published by John Wiley & Sons Ltd

Impact du compostage et de la méthanisation sur les pathogènes et l'antibiorésistance

National audienceLe compostage et la méthanisation représentent des filières de traitement intéressantes dans la mesure où elles permettent une valorisation agronomique et /ou énergétique des effluents et déchets organiques. Toutefois, garantir l'innocuité des composts et des digestats lors de leur retour au sol constitue un enjeu sanitaire majeur. En effet, parmi les substrats transformés par ces filières, certains, à l'exemple des boues de stations d'épuration et des effluents d'élevage, peuvent contenir des micro-organismes pathogènes d'origine intestinale (virus, bactéries, parasites). Par ailleurs, quel que soit l'hôte (animal ou Homme), l'administration d'antibiotiques conduit à une sélection de bactéries intestinales résistantes, capables de survivre dans les effluents. Il est donc important d'estimer l'impact de ces deux filières sur les agents pathogènes et les bactéries résistantes aux antibiotiques. En raison de la diversité des agents pathogènes et de leur faible concentration, leur comportement est souvent estimé par le suivi de bactéries indicatrices d'efficacité de traitement (encore appelées indicateurs de traitement). Celles-ci permettent d'évaluer le potentiel hygiénisant des procédés de traitement ainsi que le niveau de contamination du produit obtenu (compost ou digestat). Plusieurs groupes ou espèces bactériennes ont été retenus à l'exemple des coliformes fécaux, de Escherichia coli, des entérocoques intestinaux et de Clostridium perfringens (bactérie capable de sporuler et donc dotée d'une capacité de survie supérieure à celles des indicateurs précédemment cités)

Analyse des communautés microbiennes associées à la gestion des déjections animales et des ordures ménagères

Fiche techniqueLes micro-organismes sont présents à toutes les étapes de la gestion des déchets biologiques issus des activités urbaines ou agricoles, depuis leur formation jusqu’à leur élimination. Les approches de microbiologie culturale et de biologie moléculaire permettent d’analyser les communautés microbiennes des déchets et de développer des projets basés sur : - Les aspects sanitaires du stockage et du traitement des déchets - La caractérisation des communautés microbiennes impliquées dans les procédés de traitement, dans le but d’optimiser leurs performances

Isolation of bacterial strains able to metabolize lignin and lignin-related compounds

International audienceIn this study, we identified five strains isolated from soil and sediments able to degrade kraft lignin, aromatic dyes and lignin derivatives. Using 16S rRNA gene sequencing, the isolates were identified as Serratia sp. JHT01, Serratia liquefacien PT01, Pseudomonas chlororaphis PT02, Stenotrophomonas maltophilia PT03 and Mesorhizobium sp. PT04. All the isolates showed significant growth on lignin with no water-extractable compounds. Synthetic aromatic dyes were used to assess the presence of oxidative enzymes. All the isolates were able to use the thiazine dye Methylene blue and the anthraquinone dye Remazol Brilliant Blue R as the sole carbon source. Guaiacol, veratryl alcohol and biphenyl were also mineralized by all the strains isolated. These results suggest they could be used for the treatment of aromatic pollutants and for the degradation of the lignocellulosic biomass. Significance and Impact of the Study: The valorization of waste lignin and lignocellulosic biomass by biocatalysis opens up new possibilities for the production of value-added substituted aromatics, biofuel and for the treatment of aromatic pollutants. Bacteria with ligninolytic potential could be a source of novel enzymes for controlled lignin depolymerization. In this work, five soil bacteria were isolated and studied. Every isolate showed significant growth on lignin and was able to degrade several lignin monomers and ligninolytic indicator dyes. They could thus be a source of novel ligninolytic enzymes as well as candidates for a bacterial consortium for the delignification of lignocellulosic biomass. © 2016 The Society for Applied Microbiolog