Surveillance des eaux usées : un nouveau front dans la lutte contre la résistance aux antibiotiques
Analyser les eaux usées donne un aperçu de la santé publique et des tendances de résistance aux antibiotiques.
Connor L. Brown, Monjura Afrin Rumi, Lauren McDaniel, Ayella Maile-Moskowitz, Justin Sein, Loc Nguyen, Minyoung Choi, Fadi Hindi, James Mullet, Muhit Emon, Nazifa Ahmad Moumi, Matthew F. Blair, Benjamin C. Davis, Jayashmina Rao, Anthony Baffoe-Bonnie, Peter Vikesland, Amy Pruden, Liqing Zhang
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Table des matières
- C'est quoi la résistance aux antibiotiques ?
- Pourquoi la WBS est importante pour l'AR ?
- Les défis de la WBS
- La complexité des eaux usées
- Le rôle de l'Utilisation des antibiotiques
- Les tendances saisonnières de prescription d'antibiotiques
- Examen des échantillons d'eaux usées
- Conclusions sur les gènes de résistance aux antibiotiques
- Comprendre la dynamique microbienne
- L'influence des différentes familles de bactéries
- Le rôle des biofilms
- Tendances saisonnières dans les populations bactériennes
- Lien entre l'utilisation d'antibiotiques et la résistance
- Implications pour la santé publique
- Directions futures pour la recherche
- Conclusion
- Source originale
- Liens de référence
La Surveillance basée sur les eaux usées (WBS) est une méthode qui examine les matériaux chimiques et biologiques dans les eaux usées pour recueillir des infos sur la santé publique, surtout concernant la Résistance aux antibiotiques. Cette méthode prélève des échantillons des stations d'épuration pour identifier divers pathogènes et comprendre comment les antibiotiques sont utilisés dans les communautés. C'est super utile parce que les tests cliniques traditionnels peuvent rater certaines des grosses tendances qui se passent au niveau communautaire.
C'est quoi la résistance aux antibiotiques ?
La résistance aux antibiotiques (AR) se produit quand les bactéries changent en réponse à l'utilisation de médicaments qui sont censés les tuer. Ça peut rendre les infections plus difficiles à traiter, entraînant des séjours à l'hôpital plus longs, des coûts médicaux plus élevés et un risque accru de décès. Pense à ça comme si les bactéries enfilent une cape de super-héros pour esquiver le médicament qui essaie de les abattre.
Pourquoi la WBS est importante pour l'AR ?
La WBS peut fournir plein d'infos sur les niveaux de bactéries résistantes aux antibiotiques dans une communauté sans se fier uniquement aux données cliniques. Cette méthode permet d'avoir une vue d'ensemble, capturant une gamme d'infos de santé qui pourraient être perdues dans les tests de patients individuels. C'est comme avoir une photo de groupe au lieu d'un simple selfie. En analysant les eaux usées, les scientifiques peuvent identifier des tendances dans le temps et repérer des épidémies de bactéries résistantes avant qu'elles ne deviennent répandues.
Les défis de la WBS
Bien que la WBS ait du potentiel, elle n'est pas sans défis. D'abord, les pathogènes résistants aux antibiotiques (ARPs) sont nombreux et varient énormément en leurs caractéristiques. Certains se développent mieux dans certaines conditions que d'autres, rendant difficile d'avoir une image claire. De plus, les microbes humains dans les eaux usées ne sont qu'une petite partie du mélange plus large de nombreux types de microbes présents dans les eaux usées. C'est comme essayer de trouver quelques chaussettes perdues dans un énorme panier de linge.
La complexité des eaux usées
Les eaux usées municipales sont un cocktail d'enfer de microbes, y compris ceux provenant des déchets humains et d'autres sources, comme les eaux de pluie et les Biofilms formant dans les canalisations. Le microbiome, c'est-à-dire la communauté de microbes, trouvé dans les eaux usées est assez complexe et peut changer selon la saison. Cette variation saisonnière peut influencer les gènes de résistance présents dans l'eau, rendant difficile de déterminer avec précision les niveaux d'AR.
Utilisation des antibiotiques
Le rôle de l'Étonnamment, la corrélation entre l'utilisation des antibiotiques et le développement de la résistance n'est pas si simple. Bien qu'il serait logique de penser qu'une augmentation des prescriptions d'antibiotiques mène à plus de bactéries résistantes, des études montrent que la relation est souvent faible. Ça pourrait être dû à d'autres facteurs, comme le transport de microbes résistants dans la communauté provenant de sources extérieures, plutôt qu'à l'utilisation locale des antibiotiques.
Les tendances saisonnières de prescription d'antibiotiques
L'utilisation des antibiotiques peut fluctuer, avec des tendances saisonnières souvent influencées par des facteurs comme les infections virales qui augmentent à certaines périodes de l'année. Par exemple, quand la saison de la grippe arrive, les médecins pourraient prescrire plus d'antibiotiques pour des infections connexes, ce qui peut temporairement augmenter la présence de bactéries résistantes dans les eaux usées. Les chercheurs ont découvert que certains antibiotiques sont plus souvent prescrits pendant les mois d’hiver, tandis que d'autres atteignent un pic au printemps et en été.
Examen des échantillons d'eaux usées
Les équipes de recherche prélèvent des échantillons des eaux usées plusieurs fois par semaine sur de longues périodes. Elles analysent ces échantillons en utilisant des techniques de séquençage avancées pour identifier les types de bactéries et les gènes de résistance présents. L'objectif est de relier les données de prescription d'antibiotiques avec les niveaux de résistance trouvés dans les eaux usées.
Conclusions sur les gènes de résistance aux antibiotiques
Dans l'analyse des échantillons d'eaux usées, les chercheurs ont remarqué que des gènes spécifiques associés à la résistance aux antibiotiques correspondaient effectivement aux prescriptions d'antibiotiques délivrées dans la communauté. Pourtant, le timing compte—il semble qu'il y ait un décalage entre l'augmentation de l'utilisation des antibiotiques et la hausse observable des gènes de résistance dans les eaux usées.
Comprendre la dynamique microbienne
La communauté microbienne présente dans les eaux usées change constamment, influencée par de nombreux facteurs comme les conditions environnementales et l'activité humaine. Cela signifie que la relation entre l'utilisation des antibiotiques et la résistance peut varier énormément, pas seulement entre différents antibiotiques, mais aussi à cause de différents hôtes bactériens.
L'influence des différentes familles de bactéries
En examinant les bactéries dans les eaux usées, les chercheurs ont noté une distinction significative entre deux familles principales : les Enterobacteriaceae et les Pseudomonadaceae. Les gènes de résistance associés aux Enterobacteriaceae avaient tendance à réagir plus rapidement à l'utilisation des antibiotiques, tandis que ceux associés aux Pseudomonadaceae montraient une réponse retardée. Cela suggère que certaines bactéries sont plus réactives à la pression des antibiotiques que d'autres.
Le rôle des biofilms
Les biofilms, qui sont des colonies de bactéries qui s'accrochent aux surfaces, peuvent compliquer la dynamique de la résistance aux antibiotiques. Ils peuvent servir de réservoir, abritant des bactéries et des gènes résistants, et les relâchant dans le flux des eaux usées. Pense aux biofilms comme un speakeasy pour les bactéries—cachés du monde extérieur jusqu'à ce que les conditions soient réunies pour se répandre.
Tendances saisonnières dans les populations bactériennes
Les recherches ont montré que la population de certaines bactéries dans les eaux usées n'est pas statique. Elle change avec les saisons, affectant la prévalence des souches résistantes. En examinant comment ces populations évoluent, les chercheurs peuvent obtenir des infos sur l'efficacité de certains antibiotiques et sur les résistances qui pourraient être en hausse.
Lien entre l'utilisation d'antibiotiques et la résistance
En analysant minutieusement la correspondance entre les prescriptions d'antibiotiques et les gènes de résistance dans les eaux usées, les chercheurs ont trouvé des associations intéressantes. Par exemple, certains antibiotiques montraient une forte corrélation avec des gènes de résistance spécifiques, renforçant l'idée que l'utilisation d'antibiotiques dans la communauté impacte ce qui se passe dans le système d'eaux usées local.
Implications pour la santé publique
Comprendre les dynamiques de la résistance aux antibiotiques dans les eaux usées peut avoir des implications significatives pour la santé publique. En suivant ces tendances, les responsables de la santé peuvent mieux prévoir les épidémies et développer des stratégies pour lutter contre la résistance avant qu'elle ne devienne un plus gros problème. La WBS peut servir de système d'alerte précoce, donnant aux communautés une chance de s'attaquer à ces menaces de front.
Directions futures pour la recherche
Bien qu'il y ait beaucoup à apprendre de la surveillance des eaux usées concernant la résistance aux antibiotiques, plus de recherches sont nécessaires. Les études futures viseront à comprendre les complexités des interactions microbiennes dans les eaux usées, la stabilité des antibiotiques dans différents environnements, et davantage sur la façon dont la résistance se développe. Au fur et à mesure que la technologie s'améliore, la précision de nos analyses va aussi s'améliorer.
Conclusion
La surveillance basée sur les eaux usées offre une fenêtre unique sur la santé des communautés et la menace croissante de la résistance aux antibiotiques. Bien que des défis demeurent, les insights obtenus peuvent guider les efforts pour lutter efficacement contre la résistance. Avec des recherches continues et les bonnes stratégies, on peut renverser la tendance contre la résistance aux antibiotiques, assurant que les antibiotiques restent des outils efficaces dans la lutte contre les infections. Et qui sait, peut-être qu'un jour on réussira à faire abandonner ces fichues bactéries leurs capes de super-héros pour de bon.
Source originale
Titre: Metagenomics disentangles epidemiological and microbial ecological associations between community antibiotic use and antibiotic resistance indicators measured in sewage
Résumé: Wastewater-based surveillance (WBS) is proving to be a valuable source of information regarding pathogens circulating in the community, but complex microbial ecological processes that underlie antibiotic resistance (AR) complicate the prospect of extending WBS for AR monitoring. The epidemiological significance of observed relative abundances of antibiotic resistance genes (ARGs) in sewage is unclear, in part due to multiple sources and in-sewer processes that shape the ARG signal at the entry to the wastewater treatment plant (WWTP). Differentiating between human-derived signals of resistance and those associated with downstream physical and ecological processes could help amplify public health value of WBS of AR by removing noise. In particular, autochthonous sewage microbiota--microbes stably associated with sewage collection networks independent of human/fecal input--could influence profiles of antibiotic resistance via seasonality, temperature, or other factors that alter human community-level AR signals at a given time point. Here we address this fundamental challenge by differentiating distinct associations between sewage-borne antibiotic resistant bacteria and outpatient antibiotic use in the community served by the sewershed. This was made possible using a unique dataset of outpatient antibiotic prescription rates encompassing the majority of antibiotic use over a 5-year period. Leveraging a yearlong 2x weekly sampling of a conventional WWTP with deep metagenomic sequencing (average 29 Gbp/sample) and extensive bioinformatics analysis, we identify striking associations between sewage-borne ARGs and antibiotic usage depending on the putative bacterial host and the presumed environmental stability of the antibiotic. It was found that a subset of ARGs, predominantly associated with Enterobacteriaceae, displayed a direct correlation with antibiotic usage, while ARGs predominantly associated with Pseudomonadaceae displayed a lagged relationship with antibiotic usage (between 1-3 months). Nested statistical modeling was applied to model the relationship between Pseudomonas metagenome assembled genomes and lagged sulfamethoxazole/trimethoprim use while jointly considering sewage characteristics and seasonality. This effort demonstrates the utility of WBS for understanding epidemiological dimensions of AR and provides a framework for accomplishing this purpose by considering microbial ecological factors that contribute to the corresponding signals in sewage.
Auteurs: Connor L. Brown, Monjura Afrin Rumi, Lauren McDaniel, Ayella Maile-Moskowitz, Justin Sein, Loc Nguyen, Minyoung Choi, Fadi Hindi, James Mullet, Muhit Emon, Nazifa Ahmad Moumi, Matthew F. Blair, Benjamin C. Davis, Jayashmina Rao, Anthony Baffoe-Bonnie, Peter Vikesland, Amy Pruden, Liqing Zhang
Dernière mise à jour: 2024-12-12 00:00:00
Langue: English
Source URL: https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2024.12.11.24318846
Source PDF: https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2024.12.11.24318846.full.pdf
Licence: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
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