Les produits chimiques industriels et agricoles modifient discrètement l’équilibre des microbes intestinaux

Les produits chimiques industriels et agricoles modifient discrètement l’équilibre des microbes intestinaux

Une étude en laboratoire à grande échelle montre que les produits chimiques largement utilisés font plus que simplement contaminer les aliments et l’eau. Ils peuvent supprimer, promouvoir et recâbler de manière sélective les bactéries intestinales, avec des conséquences potentielles sur l’équilibre du microbiome et la résistance aux antimicrobiens.

Dans une étude récemment publiée dans la revuemicrobiologie naturelle,Les chercheurs ont observé que de nombreux produits chimiques agricoles et industriels présentent une activité antimicrobienne contre le microbiote intestinal humain et peuvent exercer une pression sélective sur les bactéries intestinales.in vitro.

Les produits chimiques de synthèse sont devenus indispensables à l’industrie et à l’agriculture. Les produits chimiques industriels et agricoles pénètrent dans l’eau et les aliments par le biais d’applications agricoles, de transformations industrielles ou de pollution environnementale. La contamination des aliments et de l'eau par des polluants chimiques expose le tractus gastro-intestinal aux composés xénobiotiques. Cependant, on sait peu de choses sur les effets de ces polluants sur les bactéries intestinales dans des conditions de laboratoire contrôlées ou sur la façon dont ils peuvent influencer la condition physique et la compétition microbienne.

Dépistage des effets chimiques sur les microbes intestinaux

Dans la présente étude, les chercheurs ont examiné les effets des polluants sur les bactéries intestinales à l'aide d'unin vitroApproche de criblage pour évaluer l’inhibition de la croissance bactérienne et les effets de sélection. Ils ont utilisé une vaste bibliothèque de 1 076 composés susceptibles de pénétrer dans l’eau et les aliments ; La bibliothèque comprenait des produits chimiques industriels, des pesticides, des métabolites de pesticides et des composés ciblant des organismes tels que les araignées, les rongeurs, les bactéries, les champignons et les nématodes.

Test de l'inhibition de la croissance chez 22 souches intestinales

Les chercheurs ont examiné l’influence de tous les composés à 20 μM sur la croissance de 22 souches bactériennes intestinales sélectionnées en fonction de leur prévalence et de leur abondance dans le microbiote intestinal sain. Les bactéries ont été cultivées et surveillées pendant 24 heures ; La croissance a été mesurée comme l’aire sous la courbe de croissance. Les effets d’inhibition de la croissance ont été définis comme des interactions bactériologiques-chimiques réduisant la croissance de plus de 20 %.

Produits chimiques ayant une activité antimicrobienne large et étroite

L'équipe a découvert que 168 produits chimiques inhibaient au moins une souche. Particulièrement BacteroidalesParabacteroides distasonisétaient les taxons les plus sensibles, alors queAkkermansia muciniphilaEtEscherichia coliétaient les moins sensibles. Les fongicides, les produits chimiques industriels et les acaricides étaient les catégories chimiques ayant l'activité antimicrobienne prédominante, environ un tiers des fongicides et des produits chimiques industriels présentant des effets inhibiteurs. Alors que la plupart des composés ont inhibé quelques souches, 24 d’entre eux ont montré une large toxicité, inhibant plus d’un tiers des souches.

Le closantel (un antiparasitaire pour le bétail), le bisphénol AF (BPAF ; utilisé dans les plastiques), le tétrabromobisphénol A (TBBPA ; un ignifugeant), le benzoate d'émamectine (un insecticide), le fluaziname (un fongicide) et le chlordécone (un insecticide) figuraient parmi les composés ayant une activité inhibitrice à large spectre. De plus, 150 interactions bactériologiques-chimiques ont montré une inhibition de la croissance de plus de 90 %, indiquant une forte activité antimicrobienne pouvant conduire à des avantages compétitifs ou à des pertes entre microbes intestinaux.

Relations entre la sensibilité chimique et l’abondance du microbiome

Le nombre de composés affectant une espèce était positivement corrélé à leur abondance relative dans le microbiome humain, mais pas à leur prévalence. Par conséquent, les produits chimiques ayant une activité étroite ou large pourraient influencer la composition du microbiome en raison de leurs effets sur de nombreux taxons via une inhibition et une sélection différentielles de la croissance. Ensuite, l’équipe a examiné comment les effets chimiques au niveau des espèces affectent les communautés bactériennes. Une communauté synthétique et diversifiée de 20 bactéries intestinales a été testée avec du TBBPA ou du BPAF pour évaluer les réponses au niveau communautaire.

Réponses au niveau communautaire au BPAF et au TBBPA

Cependant, les changements de composition induits par le BPAF étaient cohérents avec les effets de la monocultureEubactérie rectaleEtFusobactérie nucléatumétaient protégés dans la communauté même s’ils étaient vulnérables dans l’isolement. Avec le TBBPA,Bacteroides thetaiotaomicrondominé la communauté bien qu'il soit vulnérable dans les monocultures, démontrant comment le contexte communautaire peut modifier les résultats de fitness sous la pression chimique. Ensuite, les chercheurs ont examiné les mécanismes d'interaction chez les espèces de l'ordre des Bacteroidales en raison de leur grande sensibilité aux polluants.

Bibliothèque de transposons mutants pour identifier les gènes de tolérance

Une bibliothèque de mutants transposons (Tn) deParabacteroides merdaequi contient des mutants d'insertion Tn dans plus de 3 000 gènes non essentiels, a été utilisé pour identifier les gènes qui modulent l'influence des xénobiotiques sur la condition physique bactérienne. Un test de compétition a été réalisé contre 10 produits chimiques. Le closantel, le benzoate d'émamectine, le fluazinam, le TBBPA, le sulfate d'imazalil et le BPAF ont été testés à ≤20 μM, tandis que le glyphosate, l'acide perfluorononanoïque (PFNA), l'acide perfluorooctanoïque et le propiconazole ont été testés à ≥20 μM.

Les cultures inoculées avec la bibliothèque de mutants ont été cultivées jusqu'au début de la phase stationnaire et le séquençage Tn avec code-barres a été utilisé pour quantifier la sélection des mutants Tn soumis à un stress chimique. Le BPAF, le closantel et le TBBPA ont montré les effets les plus forts dans la sélection des bibliothèques parmi les substances testées à ≤ 20 μM. De plus, 500 μM de PFNA ont donné globalement le plus grand nombre de résultats, alors que 50 μM de glyphosate, 20 μM de PFNA et 20 μM d’acide perfluorooctanoïque n’ont pas donné d’effets significatifs.

Mécanismes de régulation des efflux et de résistance identifiés

Notamment, la sélection la plus forte a été observée pour le closantel, avec plus de 90 % des mutants Tn portant des insertions sur plus de 20 positions différentes dans le gène NQ542_01170, qui code pour un régulateur transcriptionnel homologue à acrR, un répresseur d'efflux.Bacteroides uniformis. La perte de ce régulateur a augmenté la tolérance à plusieurs polluants et a également entraîné une résistance accrue à l'antibiotique ciprofloxacine, mettant en évidence les liens possibles entre l'exposition aux polluants et la résistance aux antibiotiques par le biais de voies de tolérance et d'efflux partagées. Certains mutants du transporteur Tn ont montré une grande sensibilité aux polluants, suggérant des mécanismes de tolérance communs entre euxP. merdae.

Voies de tolérance aux polluants conservées chez les Bacteroidales

Des recherches plus approfondies sur les mutants deB. thétaiotaomicronAppartenir à une famille éloignéeP. merdaeont révélé des réponses communes entre les deux espèces et ont soutenu des mécanismes conservés (par exemple, voies d'efflux) de tolérance aux polluants dans tout l'ordre. En plus,P. merdaePour la plupart des composés testés affectant la croissance bactérienne et les performances métaboliques, les gènes mutants d’insertion Tn ont été enrichis dans diverses voies métaboliques.

Sélection des voies métaboliques contrôlée par les polluants

La sélection de vingt micromolaires de TBBPA a montré un enrichissement significatif en mutants Tn dans la voie de dégradation des acides aminés à chaîne ramifiée (BCAA). Le groupe de gènes cataboliques porA (impliqué dans la dégradation des BCAA en acides gras à chaîne courte) a également montré une sélection positive sous 20 μM de TBBPA, 20 μM de BPAF et 500 μM de PFNA. Les mutants d'insertion Tn avec perte de fonction des gènes du métabolisme secondaire, NQ542_07535–55, ont montré une sélection positive sous 500 μM de PFNA.

Des implications considérables pour la condition physique et l’évolution du microbiome

Au total, l’étude a identifié 588 interactions inhibitrices entre 168 produits chimiques et des bactéries intestinales humaines, dont la plupart n’avaient auparavant aucune propriété antibactérienne. Les produits chimiques industriels et les fongicides ont eu le plus grand impact. La régulation des pompes à efflux était un mécanisme conservé entre ellesB. thétaiotaomicronEtP. merdaeCela façonne la tolérance et la compétitivité face au stress chimique.

La sélection génétique dansP. merdaea été enrichi de gènes biosynthétiques et cataboliques. Les mutations avec perte de fonction dans les gènes codant pour les enzymes impliquées dans les métabolites secondaires ont fourni un avantage en matière de croissance et ont soulevé la possibilité que l'exposition à des polluants chimiques puisse influencer le paysage de sélection dans l'intestin, ce qui pourrait modifier les voies d'interaction hôte-microbiome. Toutefois, les expériences ont été réaliséesin vitroà des concentrations définies, et d'autres études in vivo et épidémiologiques sont nécessaires pour déterminer si des effets similaires se produisent dans des conditions d'exposition réelles chez l'homme et pour définir les niveaux d'exposition pertinents.

Sources :