Dangers cachés dans les sols touchés par les "pluies acides
Les pluies acides dues à la pollution par les combustibles fossiles pourraient entraîner discrètement les bactéries du sol à devenir plus vivaces, plus transmissibles et plus mortelles, selon une nouvelle étude publiée dans la revue New Contaminants, qui montre comment un pathogène alimentaire notoire a évolué rapidement sous l'effet de dépôts acides simulés.
On sait depuis longtemps que les dépôts acides dus à la combustion du charbon, du pétrole et d'autres combustibles fossiles endommagent les forêts, les lacs et les cultures, mais leur impact sur les microbes pathogènes présents dans le sol a été largement négligé. Les nouvelles recherches montrent que les pluies acides peuvent déstabiliser le microbiome indigène du sol d'une manière qui facilite l'invasion et la persistance de l'agent pathogène Escherichia coli O157:H7. À partir de données métagénomiques mondiales provenant de 2 874 sites, l'équipe a constaté que l'abondance d'E. coli culmine dans les sols légèrement acides, autour d'un pH de 5, ce qui indique que l'acidification des sols est une pression écologique puissante qui détermine le succès de ce pathogène.
"La pollution ne fait pas que stresser les écosystèmes, elle donne aussi aux bactéries dangereuses une chance de s'adapter, de se propager et de devenir plus nocives pour l'homme", a déclaré l'auteur principal, Peng Cai, de l'Université agricole de Huazhong. "Nos résultats suggèrent que les dépôts acides peuvent agir comme un accélérateur invisible de l'évolution des agents pathogènes à haut risque.
Les dépôts acides alimentent le risque de pathogènes par le biais d'une cascade écologique et évolutive couplée
Liliang Wang, Yunhao Wang, Yonghui Xing, Chunhui Gao, Yichao Wu, Chenchen Qu, Ke Dai, Ming Zhang, Qiaoyun Huang & Peng Cai
Une "expérience d'évolution" de 150 jours dans le sol
Pour étudier ce risque, les chercheurs ont mené une expérience en serre de 150 jours en utilisant du sol forestier de la province du Henan, en Chine, traité à plusieurs reprises avec des pluies simulées à trois niveaux d'acidité et inoculé avec E. coli O157:H7, une cause majeure de maladies graves d'origine alimentaire. Alors que le nombre d'agents pathogènes a diminué avec le temps dans tous les traitements, les pluies acides ont considérablement ralenti la disparition, les pluies légèrement acides conservant jusqu'à 100 fois plus de bactéries que les pluies normales à certains moments et laissant des populations plusieurs fois plus élevées après cinq mois.
De manière surprenante, la composition et la diversité globales de la communauté bactérienne indigène sont restées relativement stables, mais son réseau d'interaction interne a changé de manière radicale. Les pluies acides et l'invasion de pathogènes ont simplifié le réseau et augmenté les interactions négatives, ce qui indique une intensification de la concurrence interne qui a affaibli la "résistance biotique" naturelle de la communauté aux envahisseurs et ouvert un espace écologique permettant à E. coli O157:H7 de persister.
De survivant du sol à "super colonisateur"
À la fin de l'expérience, l'équipe a isolé plusieurs lignées d'E. coli ayant évolué de manière indépendante et s'étant adaptées à l'environnement acide du sol. Ces souches présentaient une coloration modifiée des colonies, une formation accrue de biofilms et des changements de motilité, ainsi que des changements dans la manière dont elles utilisaient les différentes sources de carbone. Lorsque les souches évoluées ont été replacées dans le sol, elles ont surpassé leur ancêtre, atteignant des abondances de 6 à 450 fois plus élevées après 60 jours, ce qui démontre une augmentation importante de la capacité de colonisation à long terme.
Les analyses phénotypiques ont révélé que les lignées les plus performantes équilibraient la formation modérée de biofilm avec un mouvement efficace, plutôt que de maximiser un seul trait. Le biofilm et la motilité expliquent ensemble la plupart des variations dans la colonisation du sol, montrant comment les pluies acides ont poussé l'agent pathogène vers une "boîte à outils de survie" optimisée pour la vie dans les sols perturbés.
Un recâblage génétique profond sous l'effet de la pollution
Le profilage de l'expression génétique a montré que les souches évoluées activent un module coordonné de fonctions qui régissent le mouvement, la construction de biofilms, la communication chimique et la virulence. Les principaux régulateurs du quorum sensing et du biofilm se trouvaient au centre d'un réseau d'expression hautement connecté, étroitement lié aux gènes de motilité et de pathogénicité, ce qui indique une amélioration systémique plutôt que des changements isolés.
Le séquençage du génome entier des principaux colonisateurs a révélé que cette évolution rapide était principalement due à des changements structurels du génome. Des lignées indépendantes partageaient une inversion chromosomique convergente à proximité d'un régulateur de la réponse acide, tandis qu'une souche très adaptée portait une délétion qui supprimait un important système de régulation de la détection du stress censé limiter la production de biofilms, libérant potentiellement les caractéristiques de virulence et de colonisation en aval d'un contrôle étroit.
Des menaces plus fortes pour la chaîne alimentaire et la santé
Il est essentiel de noter que les adaptations environnementales qui ont évolué se sont traduites directement par un risque accru le long de la chaîne alimentaire et chez les animaux. Lors d'expériences sur des pots de laitue reproduisant la contamination d'un sol irrigué, les souches évoluées ont atteint des niveaux jusqu'à huit fois plus élevés dans les feuilles comestibles que la souche ancestrale, ce qui indique qu'elles ont beaucoup plus de chances d'atteindre les consommateurs de produits frais.
Lors d'essais d'infection sur des souris, les lignées adaptées ont atteint des niveaux plus élevés dans l'intestin et ont provoqué des maladies beaucoup plus graves. La mortalité est passée d'environ 10 % chez les animaux exposés à la souche originale à près de 50 % pour certaines souches évoluées, qui ont provoqué des lésions intestinales étendues et des lésions au-delà de l'intestin. Ces résultats correspondent à l'augmentation observée des gènes de virulence, ce qui confirme que l'adaptation due aux pluies acides a créé non seulement des survivants plus résistants à l'environnement, mais aussi des agents pathogènes plus mortels.
Pollution et évolution des agents pathogènes : une boucle de rétroaction
L'ensemble des résultats met en évidence une cascade éco-évolutive en trois étapes : les dépôts acides déstabilisent les défenses microbiennes du sol, cette perturbation favorise la survie et l'évolution rapide des agents pathogènes envahissants, et les souches qui en résultent sont plus aptes à coloniser les cultures et à provoquer des maladies graves. Les auteurs affirment que la pollution industrielle et l'évolution des pathogènes peuvent former une dangereuse boucle de rétroaction positive, dans laquelle les facteurs de stress environnementaux forment involontairement des "super pathogènes" ayant un impact accru sur la santé publique.
L'étude souligne la nécessité d'intégrer l'évolution microbienne dans les évaluations des risques pour l'environnement et la sécurité alimentaire, en particulier dans les régions où les dépôts acides se poursuivent et où l'agriculture est intensive. Selon les chercheurs, la réduction des émissions à l'origine des pluies acides pourrait contribuer à protéger non seulement les écosystèmes, mais aussi les populations humaines contre les menaces de maladies émergentes alimentées par la pollution.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Autres actualités du département science
