Tesis sobre el tema "Antibiotiques – Environnement"

La résistance aux antibiotiques représente un problème de santé publique majeur. La pression de sélection liée à la surutilisation des antibiotiques en médecines humaine et vétérinaire est responsable de cette augmentation, mais l’environnement joue également son rôle dans la diffusion de ces résistances.En Guadeloupe, très peu d’études ont été réalisées sur l’état de la résistance aux antibiotiques, mais l’utilisation vétérinaire et humaine des antibiotiques est intensive. Les amendements issus de déchets humains et animaux sont également largement utilisés en production végétale.Cependant, les analyses moléculaires ont pu mettre évidence la persistance des gènes de résistance aux antibiotiques et des gènes de mobilité dans les composts et les sols amendés. L’abondance et la persistance des gènes de résistance de mobilité aux antibiotiques dans les cultures maraichères (concombres et patates douces) sont liées à leur concentration dans les amendements. Un épandage réalisé jusqu’à trois fois consécutivement ne modifie pas la structure génétique des communautés bactériennes dans les sols quel que soit l’amendement utilisé. Les phylums bactériens majoritairement retrouvés dans les composts et les sols sont les Proteobacteria, les Firmicutes et les Bacteroidetes qui sont susceptibles de porter les gènes de résistance aux antibiotiques. L’apport d’amendements organiques dans les sols ne semble pas constituer un risque majeur d’acquisition de résistances par l’homme via les légumes consommés. En revanche, dans les élevages de grande taille où les animaux confinés sont pourvoyeurs de BRAs et de GRAs, les éleveurs pourraient être exposés via les aérosols en cas d’exposition prolongée. En Guadeloupe, la valorisation des déchets organiques, quelle que soit leur origine, pour leur utilisation en production végétale ne semble pas favoriser la diffusion d’E. coli résistants de l’environnement à l’homme. Cependant, la qualité du compostage, les caractéristiques physico-chimiques des sols et les conditions climatiques sont à prendre en compte pour la planification des apports d’amendements afin de réduire le risque d’exposition, de diffusion et de persistance de isolats d’E. coli résistants.Quinze souches d’E. coli productrices de Bêtalactamase à spectre étendu (BLSE) ont été isolées des fèces des chevaux durant leur traitement antibiotique, trois pour le premier cheval et 12 pour le second. Les profils de résistance aux antibiotiques étaient congruents avec l'analyse des plasmides, les gènes de résistance détectés au moyen de WGS, et avec l'analyse phylogénétique basée sur le génome du noyau. On peut distinguer trois clones et quatre singletons indiquant qu'une grande diversité génétique existe parmi les souches d’E. coli producteurs de BLSE.Cette étude a permis de mettre en évidence la persistance des E. coli productrices de BLSE (E. coli BLSE) dans le microbiote des chevaux traités par des antibiotiques. Cette étude a pu démontrer qu’il y a résurgence d’E. coli BLSE dès les premiers jours de traitement avec une persistance de ces souches plus d’un mois après le traitement. En effet, deux mois après la fin du traitement, les E. coli BLSE n’étaient plus détectables. Cette surprenante diversité clonales et l’apparition d’E. coli BLSE avant tout traitement antibiotique laisse supposer que le portage d’E. coli BLSE est fréquent chez les chevaux de cet élevage et probablement à plus grande échelle
The pressure of selection related to the overuse of antibiotics in human and veterinary medicines is responsible for this increase, but the environment also plays a role in the diffusion of these resistances.In Guadeloupe, very few things are known on the state of resistance to antibiotics, but both veterinary and human uses are intense and amendments resulting from human and animal wastes are widely used.In Guadeloupe, the use of waste from animal, plant and human activities in crop production does not appear to favor E. coli resistant strains spreading from the environment to humans. However, composting quality, soil physicochemical characteristics and climatic conditions should be taken into account when planning amendments to reduce the exposure risk, spread and persistence of E. coli resistant strains.Fifteen strains of E. coli were isolated from horses feces were isolated during their antibiotic treatment, three in the first horse and 12 in the second. Profiles of antibiotic resistance were congruent with the plasmid analysis, genotypes for resistance genes detected using WGS, and with the phylogenetic analysis based on the core genome. Three clones and four singletons could be distinguished indicating that a high genetic diversity exists among E. coli producing ESBL. This study evidenced the persistence of E. coli producing ESBL in the microbiota of horses treated with antibiotics. This study was able to demonstrate the resurgence of resistant phenotypes even before the first day of treatment with persistence of these strains more than one month after treatment. The absence of detection of E. coli producing ESBL was evedenced a few months after treatment. Thus, the diversity of antibiotic-resistant pathogenic microorganisms has probably higher than that described in previous studies

Les antibiotiques sont des polluants présents dans les écosystèmes aquatiques, réceptacles ultimes des substances anthropiques. L’étude de ces composés porte sur leur rémanence dans le milieu ou leurs effets sur des organismes naturels. De nombreux efforts ont été faits à l’échelle mondiale pour l’évaluation de la qualité environnementale des différentes ressources en eau pour la survie des espèces aquatiques mais aussi pour la consommation humaine et le risque sanitaire lié. Dans ce but, l’optimisation des techniques analytiques pour ces composés dans les systèmes aquatiques demeure une nécessité. Notre objectif est de développer des méthodes d’extraction et de détection pour 12 molécules appartenant à la famille des aminoglycosides et de la colistine dans les eaux des stations d’épuration et les eaux hospitalières. L’absence des méthodes d’analyse pour ces composés ainsi que le manque des études permettant leur détection dans l’eau sont les raisons de leur étude. L’Extraction sur Phase Solide (SPE) en mode classique (hors ligne) ou en ligne, suivie d’une analyse par la Chromatographie Liquide couplée à la Spectrométrie de Masse (LC/MS/MS) est la méthode la plus couramment employée pour ce type d’analyse. Les paramètres sont optimisés et validés afin d’assurer les meilleures conditions utilisées dans les analyses environnementales. Cette technique a été appliquée sur des échantillons réels des eaux des stations d’épuration à Bordeaux et au Liban
Antibiotics are pollutants present in aquatic ecosystems ultimate receptacles of anthropogenic substances. These compounds are studied as their persistence in the environment or their effects on natural organisms. Numerous efforts have been made worldwide to assess the environmental quality of different water resources for the survival of aquatic species, but also for human consumption and health risk related. Towards goal, the optimization of analytical techniques for these compounds in aquatic systems remains a necessity. Our objective is to develop extraction and detection methods for 12 molecules of aminoglycosides and colistin in sewage treatment plants and hospitals waters. The lack of analytical methods for analysis of these compounds and the deficiency of studies for their detection in water is the reason for their study. Solid Phase Extraction (SPE) in classic mode (offline) or online followed by Liquid Chromatography analysis coupled with Mass Spectrometry (LC/MS/ MS) is the most method commonly used for this type of analysis. The parameters are optimized and validated to ensure the best conditions for the environmental analysis. This technique was applied to real samples of wastewater treatment plants in Bordeaux and Lebanon

L'émergence et la propagation de bactéries multirésistantes (MDR) constituent un problème majeur de santé publique à l'échelle mondiale. De nos jours, certains antibiotiques sont de plus en plus utilisés aussi bien en médecine vétérinaire qu’en médecine humaine et également dans l’agriculture, en particulier dans les aliments pour animaux et en aquaculture. Par conséquent, la résistance aux β-lactamines, aux carbapénèmes et à la colistine n'est pas seulement observée chez les bactéries pathogènes mais également chez les organismes environnementaux qui servent de réservoirs et vecteurs pour la dissémination de la résistance. Il existe encore des réservoirs inconnus de bactéries multirésistantes et des gènes de résistance aux antibiotiques. Ainsi, la compréhension des réservoirs et la transmission des gènes de résistance aux antibiotiques sont indispensables pour contrôler leur émergence ainsi que leur diffusion dans la communauté. En France, l'utilisation des antibiotiques en tant que facteur de croissance ou prophylaxie est réduite dans la production des animaux d’élevage destinés à la consommation. C’est dans ce constat que notre projet de thèse s’inscrit avec comme objectifs : (i) L’isolement et la caractérisation de bactéries productrices de BLSE et de carbapenemases dans les prélèvements environnementaux à Marseille ; (ii) L’étude de la résistance à la colistine de bactéries isolées partir de prélèvements d’eaux et des animaux . Nos résultats ont montré ainsi la possibilité du transfert horizontal de gènes de résistance aux antibiotiques des animaux et l’environnement vers les humains et suggèrent une transmission zoonotique potentielle entre l'homme et l'animal
Emergence and spread of multidrug-resistant bacteria (MDR) are a major public health problem worldwide. Nowadays, some antibiotics are increasingly used in veterinary medicine as well as in human medicine and also in agriculture, particularly in animal feed and aquaculture. Therefore, resistance to β-lactams, carbapenems and colistin is not only observed in pathogenic bacteria, but also in environmental organisms that serve as reservoirs and vectors for the spread of resistance. There are still unknown reservoirs of multi-resistant bacteria and antibiotic resistance genes. Thus, the understanding of reservoirs and the transmission of antibiotic resistance genes are essential to control their emergence and their spread in the community. In France, the use of antibiotics as a growth factor or prophylaxis is limited in the production of animals for consumption. It is in this respect that our thesis project is aimed at: (i) Isolation and characterization of extended-spectrum β-lactamase producing bacteria (ESBL) and carbapenemase-producing bacteria from environmental samples in Marseille; (ii) Investigation of colistin resistance in Gram-negative bacteria isolated from water samples and animals. A review of the literature on the role of birds as reservoirs of multidrug-resistant bacteria was conducted as an introduction to this thesis project. Our results thus showed the possibility of horizontal transfer of antibiotic resistance genes from animals and the environment to humans and suggest a potential zoonotic transmission between humans and animals. It would be important to monitor antibiotic resistance in non-hospital settings and primarily in the environment

Cette recherche en didactique des sciences consiste en une double analyse épistémologique et didactique des concepts de l'adaptation des micro-organismes à l'usage des antibiotiques. Elle va de la réflexion sur la spécificité des phénomènes biologiques, jusqu'à l'identification des problèmes et des obstacles qui peuvent entraver l'enseignement-apprentissage des concepts en question. La nature spécifique de ces phénomènes biologiques nous conduit à proposer la question suivante : à quelles conditions peut-on amener les apprenants à un mode de raisonnement écosystémique évolutif face au concept à enseigner ? Nos analyses empiriques nous ont permis d'identifier les conceptions et les modes de raisonnement des élèves (1S et 2S) et des étudiants SVT4. Nous avons constaté que les conceptions et les attitudes des étudiants sont façonnées par des représentations sociales d'une part et par des difficultés inhérentes au savoir lui-même d'autre part. Les unes et les autres constituent des obstacles à la compréhension des notions relatives à l'adaptation des micro-organismes à l'usage des antibiotiques, et plus particulièrement en alimentation animale et à l'appropriation d'une culture scientifique pouvant impliquer des apprenant-citoyens dans les méthodes de production durables, les plus à même de préserver l'environnement.

La résistance aux antibiotiques est devenue un problème majeur de santé publique à travers le monde pouvant conduire à l’impasse thérapeutique. L’utilisation abusive et inappropriée des antibiotiques en médecine humaine mais également en médecine vétérinaire est en grande partie responsable de la multiplication et de la propagation des bactéries multirésistantes (BMR). Les entérobactéries, hôtes naturels du tube digestif de l’homme et des animaux, ont particulièrement subi ces pressions de sélection antibiotiques et ont pu, grâce à leur capacité à échanger du matériel génétique, acquérir de plus en plus de mécanismes de résistance aux antibiotiques. L’environnement joue un rôle de diffuseur par l’intermédiaire des déchets humains et animaux qu’il reçoit mais est également un pourvoyeur de gènes de résistance grâce aux bactéries naturellement résistantes qu’il héberge. En Guadeloupe, à l’exception des données de surveillance hospitalière des BMR, aucune étude portant sur la résistance aux antibiotiques n’avait été réalisée. Les objectifs de ce travail de thèse étaient donc (i) d’évaluer l’importance de la résistance en milieu communautaire en étudiant la résistance aux antibiotiques des entérobactéries isolées des infections urinaires communautaires et (ii) d’étudier la diffusion environnementale des entérobactéries résistantes aux antibiotiques (ERAs) dans les rivières et les eaux de mer recevant des effluents de stations d’épuration (STEPs) mais également au sein de la faune sauvage terrestre de Guadeloupe.Nous avons donc pu grâce à ce travail mettre en évidence une diffusion environnementale de souches d’ERAs en lien avec les activités humaines. Les rejets de STEPs ont été identifiés comme une des sources d’ERAs et en particulier d’EBLSEs dans l’environnement. Néanmoins, nos résultats montrent que d’autres activités humaines, qui feront l’objet de futures investigations, peuvent être des sources potentielles d’ERAs. La prévention passe donc par une amélioration globale de la gestion des déchets avec notamment une remise à niveau des STEPs et le rejet au large des eaux usées
Antibiotic resistance has become a major public health concern worldwide that could lead to therapeutic impasse. The overuse and misuse of antibiotics in human medicine but also in veterinary medicine is largely responsible for the proliferation and spread of multi-drug resistant (MDR) bacteria. Enterobacteriaceae are subject to this selective pressure, as the digestive tract is their main reservoir. Moreover, thanks to their ability to exchange genetic material, they can acquire new antibiotic resistance determinants. Through human and animal waste, antimicrobial resistant bacteria can spread in the environment. However, the environment is also a supplier for antibiotic resistance since environmental bacteria naturally harbor antibiotic resistance determinants.In Guadeloupe, except for data from MDR bacteria surveillance in the hospital, no studies concerning antibiotic resistance had been carried out. The objectives of this thesis were (i) to evaluate the antimicrobial resistance in the community by studying antimicrobial susceptibility of Enterobacteriaceae strains isolated from community-acquired urinary tract infection and (ii) to study the environmental spread of antimicrobial resistant Enterobacteriaceae (AREs) in river and sea waters receiving effluents from wastewater treatment plants but also in terrestrial wildlife.Our work highlighted the environmental spread of AREs linked to human activities. WWTPs discharge has been identified as a source of AREs, especially ESBLEs, in the environment. Nevertheless, other human activities may release ARB in the environment, and some will be explored in further studies. Thus, prevention requires an overall improvement in waste management, and wastewater discharge should occur in open sea as often as possible

Les antibiotiques sont devenus omniprésents dans l'environnement en raison de leur utilisation généralisée en médecine humaine et vétérinaire, ainsi qu'en agriculture. Ces composés peuvent persister dans les sédiments pendant de longues périodes, impactant potentiellement les processus microbiens et le fonctionnement des écosystèmes. Cependant, les effets des polluants antibiotiques sur les bactéries peuvent être atténués par des minéraux naturels, tels que les oxydes de manganèse. Par conséquent, cette thèse se concentre sur les effets des antibiotiques sur les bactéries et les processus de dénitrification dans les écosystèmes sédimentaires fluviaux, en mettant l'accent sur l'interaction entre les antibiotiques, les minéraux et les bactéries. Dans la première partie, la résistance aux antibiotiques d'une bactérie dénitrifiante non pathogène, Pseudomonas veronii, a été étudiée ainsi que l’effet de plusieurs antibiotiques représentatifs sur son activité dénitrifiante. Dans la deuxième partie, les mécanismes de transformation de la ciprofloxacine et de la tétracycline par un minéral commun du sol, la birnessite (MnO2), ont été étudiés pour déterminer les effets des sous-produits de transformation sur la croissance et l'activité de la mêmee bactérie dénitrifiante. La troisième partie s'est concentrée sur le transport de la ciprofloxacine et de la tétracycline dans les sédiments de l'estuaire de la Seine (France), dans des conditions de réduction de nitrate. Ces résultats améliorent notre compréhension de l'activité antimicrobienne et de la toxicité des antibiotiques et de leurs sous-produits d'oxydation, en particulier contre les bactéries environnementales, ce qui a des implications importantes pour l'agriculture durable, la gestion de la qualité de l'eau et des sédiments, et les cycles biogéochimiques globaux
Antibiotics have become ubiquitous in the environment due to their widespread use in human and veterinary medicine, as well as in agriculture. These compounds can persist in sediments for extended periods, potentially impacting microbial processes and ecosystem functioning. However, the effects of antibiotic pollutants on bacteria may be attenuated by natural minerals, such as manganese oxides. Therefore, this thesis focuses on the effects of antibiotics on denitrification bacteria and processes in river sedimentary ecosystems, with a specific emphasis on the interaction between antibiotics, minerals and bacteria. In the first part, the antibiotic resistance in a non-pathogenic denitrifying bacterium Pseudomonas veronii was investigated，compared with the effects of several representative antibiotics on denitrifying activity. In the second part, the mechanisms of transformation of ciprofloxacin and tetracycline by a common redox soil mineral, birnessite (MnO2), were first studied, and then the effects of transformation byproducts on both growth and activity on a denitrifying isolate were determined. The third part focused on the transport of ciprofloxacin and tetracycline in sediments from the Seine Estuary (France), under nitrate reducing conditions. These findings improve our understanding of the antimicrobial activity and toxicity of antibiotics and their oxidation by-products especially against environmental bacteria, which has important implications for sustainable agriculture, quality management of the sediment, and global biogeochemical cycles

Les écosystèmes aquatiques soumis à des pressions anthropiques sont des lieux d'évolution rapide des communautés microbiennes. Cet environnement participe certainement à l'émergence d'agents infectieux résistants aux antibiotiques. La ville de Montpellier est située dans un petit bassin versant qui subit d’une part des épisodes de pluies brutales et d’autre part de fortes pressions démographiques. Le principal hôpital est situé dans une zone de ruissellement comprenant deux petites rivières urbaines provenant d'eaux souterraines karstiques à quelques kilomètres en amont. L’objectif de cette étude est d'explorer les communautés bactériennes dans les rivières urbaines qui coulent près du centre hospitalier afin d'évaluer l'influence des ruissellements sur la résistance aux antibiotiques dans les communautés bactériennes. Les communautés bactériennes sont également décrites dans les aquifères karstiques en amont. Une section introductive présente les méthodes disponibles pour l'étude de la résistance aux antimicrobiens dans l'environnement et une revue de la littérature expose les données actuelles sur la résistance aux antibiotiques dans l’eau de ruissellement urbain. Cette partie justifie les stratégies expérimentales. La méthode développée ici, appelée détermination de la concentration inhibitrice à l’échelle de la communauté bactérienne (c-IC, pour community inhibitory concentration), est combinée à une description de la richesse taxonomique pour donner une description instantanée des communautés bactériennes résistantes dans les environnements aquatiques. Une stratégie dérivée de l'approche c-IC permet d'explorer la résistance bactérienne dans le système hydrologique urbain près de l'hôpital et dans les aquifères karstiques. Les données microbiologiques recueillies sont complétées par des données hydrologiques, hydrogéologiques, climatiques et physico-chimiques.L'impact de très faibles concentrations d'antibiotiques sur la structure de la communauté bactérienne dans divers environnements hydriques a été démontré et apparaît comme un indicateur de la vulnérabilité des écosystèmes face aux pressions antimicrobiennes. Le répertoire taxonomique des communautés fluviales urbaines a été décrit et sa dynamique a été confrontée aux conditions environnementales. Le voisinage des hôpitaux augmente significativement la prévalence des bactéries résistantes par rapport à une zone urbaine similaire éloignée de l'hôpital. Des bactéries d’intérêt médical résistantes aux céphalosporines et aux carbapénèmes ont été isolées. De façon surprenante, un Escherichia coli producteur de NDM-5, pathogène émergeant hautement résistant, a été signalé pour la première fois dans une rivière française. Le clone a été détecté dans deux échantillons indépendants montrant sa persistance. Le gène blaNDM-5 et son environnement génétique ont été décrits sur un plasmide IncX3 transférable, indiquant un transfert génétique horizontal possible. La résistance aux antimicrobiens dans l'eau souterraine karstique a varié dans le temps et dans l'espace et est difficilement comparable à celle décrite dans les rivières associées. En milieu urbain, la qualité de l'eau et le risque infectieux sont généralement évalués sur les eaux usées et les effluents des stations d'épuration. Cette étude montre que les eaux de ruissellement dans des zones urbanisées contribuent à l'émergence et à la dissémination de la résistance aux antimicrobiens. Compte tenu de l'épidémiologie inquiétante des maladies infectieuses, cette étude invite à explorer les potentiels réservoirs environnementaux de bactéries résistantes afin de compléter les connaissances sur le cycle épidémiologique de la résistance aux antimicrobiens et essayer de l’interrompre ou de le ralentir
Aquatic ecosystems subjected to anthropic pressures are places of rapid evolution of microbial communities. They are likely hotspots for emergence of infectious disease agents resistant to antibiotics. The city of Montpellier is located in a small watershed that undergoes brutal rainfall episodes and strong demographic pressures. A hospital is located in a runoff area including two small urban rivers originating from karstic groundwater few kilometers upstream. The aim of the study is to explore bacterial communities in urban rivers flowing near hospital settings in order to evaluate the influence of runoffs on antibiotics resistance in the bacterial communities. Bacterial communities are also described in upstream karstic aquifers.An introductive section presents the methods available for studying antimicrobial resistance in environment and then reviews comprehensively bibliography on antibiotics resistance in urban runoffs. This part supports the experimental strategies. The method developed herein, called community Inhibitory Concentration (c-IC) determination is combined to taxonomic richness description to provide a tool that gives a rapid snapshot of resistant bacterial communities in aquatic environments. A strategy derived from c-IC approach allows the exploration of bacterial resistance in the urban hydrologic system near the hospital and in karstic aquifers. The collected microbiological data has been completed by hydrological, hydrogeological, climatic and physico-chemical data.The impact of very low concentration of antibiotics on the bacterial community structure in various water bodies was demonstrated and appeared as an indicator of the vulnerability of ecosystems to antimicrobial pressures. The taxonomic repertory of the urban river communities was described and its dynamics was compared to environmental conditions. Hospital vicinity significantly increase the prevalence of resistant bacteria compared to a similar urban area remote from hospital. Diverse clinically relevant cephalosporins and carbapenems resistant bacteria have been isolated. Surprisingly, a NDM-producing Escherichia coli, which is a highly resistant and emerging pathogen was reported for the first time in a French River. The clone was detected in two independent sampling showing its persistence. The blaNDM-5 gene and its surrounding sequences were described on a transferable IncX3 plasmid, indicating possible genetic transfer to other bacteria. The antimicrobial resistance in karst groundwater varied in time and space and was hardly compared with that described in related rivers.In urban settings, water quality and infectious risk is generally assessed on sewers and wastewater treatment plants effluents. This study shows that runoff waters in urbanized area contribute to the emergence and dissemination of antimicrobial resistance. Considering the worrisome epidemiology of infectious diseases, it urges to decipher all environmental reservoirs for resistant bacteria in order to complete knowledges about the epidemiological cycle of antimicrobial resistance and try to break or slow down it

La contamination des environnements aquatiques par les antibiotiques et les bactéries antibio-résistantes est une préoccupation majeure à l'échelle mondiale. Les rejets de stations d'épurations (STEPs) et les ruissellements ou lessivages de sols sont les principales voies d'entrées de ces contaminants dans les eaux de surface. Afin de mieux comprendre le devenir des antibiotiques et des populations bactériennes indicatrices de contamination fécale (Escherichia coli, Enterococcus), ces contaminants ont été étudiés le long de deux continuums : (i) centre de soins - STEP - rivière et (ii) exploitation bovine - zone urbaine. Le développement d'une méthode analytique multi résidu (LC/MS/MS) a permis de détecter les concentrations de 34 molécules d'antibiotiques dans les eaux des deux continuums pour des valeurs seuils de l'ordre du nanogramme par litre. En parallèle à ces analyses chimiques, la structure des populations de bactéries fécales isolées des eaux ont été caractérisées sur la base de l'antibio-résistance, la distribution des groupes phylogénétiques A, B1, B2 et D, l'occurrence d'intégrons, des facteurs de virulence pour E. coli ; et de la diversité d'espèces, des profils de résistance aux antibiotiques et des gènes codant la résistance pour Enterococcus. L'étude des deux continuums indique que les antibiotiques retrouvés ne sont pas les antibiotiques majoritairement prescrits (pénicillines), mais les molécules les plus stables dans les eaux (quinolones, sulfamides, macrolides). Toutefois les concentrations (1ng.L-1 à 100ng.L-1) sont insuffisantes pour exercer une pression de sélection sur les bactéries antibio-résistantes. L'usage des sols, la proximité des sources et les pratiques d'élevage ont un impact sur (i) les niveaux de contamination en antibiotiques et bactéries fécales, et (ii) la structure des populations d'E. coli et d'Enterococcus circulantes dans les eaux. Des souches d'E. coli et d'Enterococcus d'origine hospitalière disparaissent le long du continuum au profit d'autres souches mieux adaptées à l'environnement. Des premiers essais de modélisation à l'aide du modèle conceptuel GR montre également l'importance des flux d'E. coli antibio-résistantes lors des périodes de ruissellements fréquents (hiver) à l'échelle d'un bassin versant dont l'occupation des sols est soumis à une pression humaine majoritaire.

Les principaux points de dispersion des composés pharmaceutiques dans l’environnement sont les stations d’épuration des eaux usées. A partir de l’analyse de la base de données constituée au cours de ce travail, les quantités de ces composés trouvées dans ces installations peuvent être directement liées à celles de médicaments consommés. La situation, quant à leur élimination de la phase liquide, est contrastée. Ainsi certaines hormones sont éliminées avec des rendements importants mais d’autres ne le sont pas du tout. Les produits radio-contrastants à base d’halogènes et notamment d’iode, soupçonnés d’être cancérogènes, sont majoritairement non biodégradables. Les effets d’antibiotiques sur les boues activées ont été plus particulièrement étudiés du fait de leur consommation, de leur présence dans les milieux aquatiques et de leur action spécifique sur les bactéries. Des expériences permettant d’évaluer la toxicité de ces principes actifs ont été conduites sur des boues activées en réacteur discontinu, avec un suivi de la morphologie des flocs par analyse d’images de microscopie optique. Il a été ainsi observé que, selon la concentration utilisée, l’érythromycine et la tylosine, macrolides largement utilisés respectivement en médecine humaine et vétérinaire, inhibent l’élimination de la pollution organique et dégradent l’ensemble de la biomasse. Ces antibiotiques ont également un effet néfaste sur le métabolisme de l’azote, qu’il s’agisse de l’ammonification, de la nitritation et de la nitratation
The main sources of dispersion of pharmaceutical substances in environment are wastewater treatment plants. Based on the analysis of the database built during this project, the amounts of pharmaceutical substances found in plants can be directly related to the amount consumed. Regarding their elimination from the liquid phase, the situation is very disparate. The elimination yield of hormones can be null or very large. Halogen-based X-ray contrast media (or AOX) are mainly non biodegradable. The effects of antibiotics on activated sludge have been especially investigated due to their consumption, presence in aquatic environment and specific action on bacteria. Batch tests have been performed to evaluate the toxicity of these active pharmaceutical ingredients on activated sludge. Sludge morphology was monitored by analysis of light microscopy images. Depending upon the applied dose, erythromycin and tylosin, two macrolides widely used for human and animal health care, inhibit the elimination of organic pollution and damage biomass. These antibiotics have a deleterious effect on ammonification, nitritation and nitratation

Lors de la prise d’antibiotiques aussi bien en médecine humaine que vétérinaire, les différents principes actifs ne sont que peu assimilés et sont alors excrétés tel quels. Ils rejoignent ensuite l’environnement, notamment par le biais d’épandage comme engrais des boues issues des stations d’épuration et des effluents agricoles dans les champs. La présence de ces antibiotiques dans l’environnement peut alors se propager dans les sols et dans les eaux de rivières et causer des phénomènes d’antibiorésistance. Il est donc nécessaire de pouvoir évaluer leur présence aussi bien dans les matrices aqueuses que solides environnementales. Alors qu’ils font partie des antibiotiques les plus utilisés, les familles des aminoglycosides et des bêta-lactames sont peu analysées dans les matrices environnementales. Les aminoglycosides étant des molécules ultra-polaires, ils ne sont pas chromatographiquement retenus avec des conditions classiques en phase inverse. Les bêta-lactames quant à eux sont hautement dégradables dans l’environnement et des méthodes suffisamment sensibles et spécifiques sont donc nécessaires. Enfin, afin d’obtenir une vision plus globale de la contamination d’un milieu, il est important de développer des méthodes de criblage, permettant d’élargir le spectre de molécules recherchées. Dans le cadre de cette thèse, différentes méthodes d’analyse basées sur la chromatographie liquide (LC) couplée à la spectrométrie de masse (MS) ont été développées. Une première méthode d’appariement d’ions a été mise au point pour l’analyse des aminoglycosides dans des intrants et effluents de STEP. Grâce à l’optimisation des sels d’appariement, des limites de quantification (LQ) entre 0,7 ng.mL-1 et 465 ng.mL-1 ont été atteintes. Concernant les bêta-lactames, une extraction basée sur la méthodologie QuEChERS a été optimisée. L’ajout d’une étape de dispersion a augmenté les rendements d’extraction, conduisant à des LQ entre 2,4 ng. g-1 et 17,4 ng.g-1. Une méthode d’analyse par LC-MS/MS/MS (MRM3) a également été développée afin de permettre un gain en sensibilité et en spécificité lors de l’analyse d’extraits de matrice fortement chargées en matière organique telles que les boues et d’abaisser les LQ. Enfin, une méthode d’analyse par criblage de suspects (MS/MS et HRMS) de différentes familles de composés vétérinaires a été mise en place, permettant de détecter 19 substances et produits de dégradation dans des boues, lisiers et fumiers bovins
When antibiotics are used in human and veterinary medicine, the active ingredients are only slightly assimilated and are then excreted unchanged. They are then released into the environment, principally through the spreading of wastewater treatment plant (WWTP) sludge and agricultural effluents on the fields. These antibiotics can spread in the soil and river water, causing antibioresistance. It is therefore necessary to evaluate their presence in both aqueous and solid environmental matrices. Although they are amongst the most widely used antibiotics, aminoglycosides and beta-lactams families are rarely analysed in environmental matrices. Aminoglycosides being ultra-polar molecules, are not chromatographically retained with classical reverse phase conditions. Beta-lactams are highly degradable in the environment and sufficiently sensitive and specific methods are necessary. Finally, to achieve a more global vision of the contamination of an environment, it is important to develop screening methods, allowing to widen the scope of searched molecules. Within the framework of this thesis, different analytical methods based on liquid chromatography (LC) coupled to mass spectrometry (MS) have been developed. A first ion-pairing method was developed for aminoglycosides analysis in WWTP inputs and effluents. By optimizing the pairing salts, limits of quantification (LoQ) between 0.7 ng.ml-1 and 465 ng.ml-1 were achieved. For beta-lactams, an extraction based on the QuEChERS methodology was optimised. The addition of a dispersion step increased the extraction yields, leading to LOQs between 2.4 ng.g-1 and 17.4 ng.g-1. An LC-MS/MS/MS (MRM3) analytical method was also developed to increase sensitivity and specificity when analysing extracts from matrices highly loaded with organic matter, such as sludge, to lower LoQs. Finally, an analytical method by suspect screening (MS/MS and HRMS) of different families of veterinary compounds has been set up, allowing the detection of 19 substances and degradation products in sludge, slurry and cattle manure

Les substances pharmaceutiques font partie du groupe des contaminants émergents du fait de leur intérêt récent dans les études environnementales comparativement à des polluants étudiés depuis plus longtemps tels que les pesticides. Elles correspondent aux principes actifs des médicaments et, à ce titre, sont responsables des propriétés pharmacologiques des médicaments. Ce sont donc des molécules biologiquement actives qui peuvent agir sur les organismes vivants présents dans les écosystèmes impactés. L’origine des substances pharmaceutiques dans l’environnement est variable mais les principales sources sont liées à leur utilisation en médecine humaine ou vétérinaire. Une fois consommées, les substances pharmaceutiques sont excrétées dans les urines ou les fèces et se retrouvent dans les eaux usées (consommation humaine) ou dans les déchets d’élevage (consommation vétérinaire). Dans le premier cas, elles peuvent être rejetées directement dans le milieu, ou indirectement, avec les eaux usées traitées ou les boues résiduaires, après traitement dans les stations d’épuration (STEP). Dans le deuxième cas, elles atteignent directement le milieu lorsque les animaux sont élevés en prairie ou indirectement lorsque les déchets d’élevage sont épandus sur les sols agricoles pour les fertiliser. Ces travaux de thèse se sont attachés à étudier l’origine et le devenir de ces substances dans ces 2 cas de figure. Ainsi en se basant sur des critères de consommation, de présence dans l’environnement par rapport à des études antérieures, de toxicité et d’écotoxicité, d’originalité et de disponibilité des composés standards de référence, 32 puis 78 molécules appartenant aux classes thérapeutiques des antibiotiques, des anticancéreux, des béta-bloquants, des anti-VIH et des inhibiteurs de phosphodiestérase de type 5 (PDE 5) ont été étudiées dans 2 continuums : i) effluents hospitaliers - eaux usées brutes et traitées – eaux de surface, et ii) eaux usées brutes et traitées - eaux de surface - eaux de captage souterraines. En s’appuyant sur les mêmes critères de sélection, le devenir de 7 antibiotiques a été étudié dans des lisiers porcins dans des filières simples de traitement du lisier (fosse de stockage), dans des filières complexes de traitement du lisier (système de traitement ressemblant à des mini STEP) et dans des mésocosmes en conditions contrôlées. Pour pouvoir réaliser l’ensemble de ces études, des protocoles analytiques mettant en œuvre une étape d’extraction par SPE (Solide Phase Extraction) ou d’extraction ASE (Extraction Accélérée par Solvant) puis de purification par SPE et d’analyse par LC/MS/MS (Chromatographie en phase liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem) ont été développés. Ces protocoles, en remplissant des critères de qualité tels que des limites de détection et de quantification compatibles avec des analyses environnementales (de l’ordre du ng/l à la dizaine de ng/l), une bonne linéarité, précision, justesse et performance, ont permis d’analyser la phase dissoute des échantillons d’eaux et la phase dissoute et solide des échantillons de lisiers. Il ressort des analyses des échantillons aqueux que : i) les béta-bloquants, les anti-VIH et les antibiotiques appartenant aux familles des macrolides, des fluoroquinolones et des sulfonamides, sont les molécules les plus représentatifs de la contamination du milieu naturel parmi les classes étudiées ; ii) les rejets de STEP sont une source majeure de la contamination des systèmes aquatiques ; iii) les eaux usées sont davantage contaminées en hiver qu’en été ; et iv) les eaux de surface sont davantage contaminées en été qu’en hiver
Pharmaceutical substances belong to the group of emerging contaminants due to their recent interest in environmental studies in comparison with pollutants who have been studied for a longer time like pesticides. They correspond to the active ingredient of drugs and by this mean are responsible for their pharmacological properties. Consequently they are biologically active molecules that can act on living organisms present in impacted ecosystems. The origin of pharmaceuticals in the environment is variable but the main sources are related to their use in human and veterinary medicine. Once consumed, pharmaceutical substances are excreted in urine or feces and are found in wastewater (human consumption) or animal manure (veterinary consumption). In the first case, they can be discharged directly in the environment, or indirectly, with treated wastewater or sludge from sewage treatment plants (SWTP). In the second case, they directly reach the environment when animals are bred on grassland or indirectly when livestock wastes are spread on agricultural soils as fertilizer. This PhD work has been focused on the study of the origin and fate of pharmaceutical substances in these 2 cases. Thus according to consumption data, occurrence in the environment reported in previous studies, toxicity and ecotoxicity data, originality and availability of reference standard compounds, 32 then 78 molecules belonging to 5 different therapeutic classes (antibiotics, antineoplastics, beta-blockers, anti-HIV, phosphodiesterase type 5 inhibitors (PDE 5 inhibitors)) were studied in 2 continuums : i) hospital wastewater effluents – raw and treated wastewater – surface water, and ii) raw and treated wastewater – surface water – ground water. Based on the same selection criteria, the fate of 7 antibiotics was studied in pig manure in simple manure storage facilities (storage tank), in aerobic manure treatment facilities (treatment system like in small SWTP) and in mesocosms under controlled conditions. In order to achieve all these studies, analytical protocols implementing an extraction step by SPE (Solid Phase Extraction) or an ASE extraction (Accelerated Solvent Extraction) followed by a SPE purification and an analytical step by LC / MS / MS (liquid chromatography tandem mass spectrometry) have been developed. These protocols, by filling out quality criteria such as limits of detection and quantification compatible with environmental analysis (ng/l to dozen of ng/l), good linearity, precision, accuracy and performance, were used to analyze the dissolved phase of water samples and dissolved and solid phases of pig manure samples. The water samples analysis shows : i) beta-blockers, anti-HIV and antibiotic belonging to the families of macrolides, fluoroquinolones and sulfonamides are the most representative molecules of the environmental contamination from the classes studied; ii) SWTP releases are a major source of aquatic systems’ contamination; iii) wastewaters are more contaminated in winter than in summer; and iv) surface water are more contaminated in summer than in winter. The pig manure samples analysis shows : i) the levels of contamination of manure by antibiotics are high, from a few µg/l to mg/l; ii) the manure level of contamination is not related to the physiological stage of pigs; iii) the interest to store manure before spreading in order to reduce the antibiotics contamination is not highlighted; iv) oxytetracycline, tetracycline, tylosin and marbofloxacin are mainly present in the solid phase whereas sulfadiazine, lincomycin and monensin are mainly present in the liquid phase of manure; v) the separation of solid and liquid phases reduce manure contamination in aerobic treatment facilities; and vi) antibiotics degradation is mainly aerobic.Key words:

La résistance aux antibiotiques représente un problème de santé publique majeur. La pression de sélection liée à la surutilisation des antibiotiques en médecines humaine et vétérinaire est responsable de cette augmentation, mais l’environnement joue également son rôle dans la diffusion de ces résistances.En Guadeloupe, très peu d’études ont été réalisées sur l’état de la résistance aux antibiotiques, mais l’utilisation vétérinaire et humaine des antibiotiques est intensive. Les amendements issus de déchets humains et animaux sont également largement utilisés en production végétale.Cependant, les analyses moléculaires ont pu mettre évidence la persistance des gènes de résistance aux antibiotiques et des gènes de mobilité dans les composts et les sols amendés. L’abondance et la persistance des gènes de résistance de mobilité aux antibiotiques dans les cultures maraichères (concombres et patates douces) sont liées à leur concentration dans les amendements. Un épandage réalisé jusqu’à trois fois consécutivement ne modifie pas la structure génétique des communautés bactériennes dans les sols quel que soit l’amendement utilisé. Les phylums bactériens majoritairement retrouvés dans les composts et les sols sont les Proteobacteria, les Firmicutes et les Bacteroidetes qui sont susceptibles de porter les gènes de résistance aux antibiotiques. L’apport d’amendements organiques dans les sols ne semble pas constituer un risque majeur d’acquisition de résistances par l’homme via les légumes consommés. En revanche, dans les élevages de grande taille où les animaux confinés sont pourvoyeurs de BRAs et de GRAs, les éleveurs pourraient être exposés via les aérosols en cas d’exposition prolongée. En Guadeloupe, la valorisation des déchets organiques, quelle que soit leur origine, pour leur utilisation en production végétale ne semble pas favoriser la diffusion d’E. coli résistants de l’environnement à l’homme. Cependant, la qualité du compostage, les caractéristiques physico-chimiques des sols et les conditions climatiques sont à prendre en compte pour la planification des apports d’amendements afin de réduire le risque d’exposition, de diffusion et de persistance de isolats d’E. coli résistants.Quinze souches d’E. coli productrices de Bêtalactamase à spectre étendu (BLSE) ont été isolées des fèces des chevaux durant leur traitement antibiotique, trois pour le premier cheval et 12 pour le second. Les profils de résistance aux antibiotiques étaient congruents avec l'analyse des plasmides, les gènes de résistance détectés au moyen de WGS, et avec l'analyse phylogénétique basée sur le génome du noyau. On peut distinguer trois clones et quatre singletons indiquant qu'une grande diversité génétique existe parmi les souches d’E. coli producteurs de BLSE.Cette étude a permis de mettre en évidence la persistance des E. coli productrices de BLSE (E. coli BLSE) dans le microbiote des chevaux traités par des antibiotiques. Cette étude a pu démontrer qu’il y a résurgence d’E. coli BLSE dès les premiers jours de traitement avec une persistance de ces souches plus d’un mois après le traitement. En effet, deux mois après la fin du traitement, les E. coli BLSE n’étaient plus détectables. Cette surprenante diversité clonales et l’apparition d’E. coli BLSE avant tout traitement antibiotique laisse supposer que le portage d’E. coli BLSE est fréquent chez les chevaux de cet élevage et probablement à plus grande échelle
The pressure of selection related to the overuse of antibiotics in human and veterinary medicines is responsible for this increase, but the environment also plays a role in the diffusion of these resistances.In Guadeloupe, very few things are known on the state of resistance to antibiotics, but both veterinary and human uses are intense and amendments resulting from human and animal wastes are widely used.In Guadeloupe, the use of waste from animal, plant and human activities in crop production does not appear to favor E. coli resistant strains spreading from the environment to humans. However, composting quality, soil physicochemical characteristics and climatic conditions should be taken into account when planning amendments to reduce the exposure risk, spread and persistence of E. coli resistant strains.Fifteen strains of E. coli were isolated from horses feces were isolated during their antibiotic treatment, three in the first horse and 12 in the second. Profiles of antibiotic resistance were congruent with the plasmid analysis, genotypes for resistance genes detected using WGS, and with the phylogenetic analysis based on the core genome. Three clones and four singletons could be distinguished indicating that a high genetic diversity exists among E. coli producing ESBL. This study evidenced the persistence of E. coli producing ESBL in the microbiota of horses treated with antibiotics. This study was able to demonstrate the resurgence of resistant phenotypes even before the first day of treatment with persistence of these strains more than one month after treatment. The absence of detection of E. coli producing ESBL was evedenced a few months after treatment. Thus, the diversity of antibiotic-resistant pathogenic microorganisms has probably higher than that described in previous studies

Les osmolytes sont des solutés accumulés dans les cellules de nombreux organismes lors d'une contrainte hyperosmotique pour maintenir le volume cellulaire. Ils peuvent néanmoins induire une inhibition des enzymes dont les bases moléculaires sont au centre de nombreuses études. Nous avons étudié la DHFR, en présence de divers solutés. Les osmolytes ne modifient pas la structure globale de la DHFR et inhibent son activité tout en stabilisant sa structure. Cette inhibition est liée à la diminution du k[indice :]off du produit en présence d'osmolytes. L'étude de la dynamique interne de la DHFR apporte des réponses sur l'origine de l'inhibition de la DHFR en présence d'osmolytes. Une seconde partie présente nos travaux sur la relation structure-activité de peptides antimicrobiens. Ce projet s'inscrit dans la course au développement de nouvelles molécules actives pour substituer les antibiotiques conventionnels. Nous avons déterminé les structures de peptides en environnement membranaire modèle
The osmolytes are small molecules accumulated by cells of a wide variety of organisms in response to hyperosmotic stress to maintain the cellular volume. Nervetheless, enzyme activity is inhibited by these cosolutes and the molecular basis of their effects on the proteins properties is of great interest. We studied the DHFR in presence of the osmolytes. We demonstrate that its overall structure is maintained. While the osmolytes stabilize the DHFR structure, they inhibit its activity at the same time. The k[index :]off, of substrate analogues decreases with increasing the osmolyte concentrations and reflects the variation of DHFR catalytic rate. The study of the DHFR dynamic on several timescales gives answer of the origins of the DHFR inhibition in presence of osmolytes. The second chapter concerns the study of the structure-activity relationship of antimicrobial peptides. The main objective of this project is to develop new drugs. We solved NMR solution structure of in various model membranes

La résistance bactérienne aux antibiotiques impacte la santé humaine, animale et l’agriculture au niveau international. Les Entérobactéries productrices de bêta-lactamases à spectre étendu (EBLSE), des bactéries multi-résistantes aux antibiotiques, sont une priorité sanitaire pour le Sud-Ouest de l’Océan Indien (SOOI), à savoir Madagascar, Maurice, Mayotte, Les Seychelles, l’Union des Comores et La Réunion. L’objectif général de cette thèse était d’identifier, parmi les trois compartiments de l’approche One Health (homme, animal, environnement), le principal réservoir d’EBLSE dans le SOOI. La prévalence d’EBLSE a été estimée pour chaque compartiment pris indépendamment (approche sectorielle) et par une approche holistique les connectant spatialement et temporellement. Ces deux approches ont permis d’identifier les animaux d’élevage comme le probable réservoir principal d’EBLSE dans le SOOI. L’approche holistique suggère une perméabilité des trois compartiments à Madagascar. Si l’hypothèse d’un réservoir majeur d’EBLSE chez les animaux d’élevage est plausible, sa contribution à la colonisation humaine pourrait varier entre les territoires du SOOI. En effet, l’exposition de l’homme à ce réservoir pourrait être limitée pour les territoires à revenu élevé (Seychelles, La Réunion) mais substantielle pour les territoires à revenu faible (Madagascar, Union des Comores), particulièrement en l’absence de sécurité des aliments, de système d’assainissement et d’accès à l’eau potable. Quantifier la contribution relative du compartiment animal d’élevage dans la colonisation par les EBLSE de l’homme en population générale dans les pays à faible revenu constitue un axe de recherche essentiel. De ces connaissances découlera une meilleure adaptation des stratégies de contrôle de l’antibiorésistance dans le SOOI et plus généralement dans les territoires à faible revenu qui pourraient être des amplificateurs de ce phénomène sanitaire
Bacterial antibiotic drug resistance is a worldwide health issue affecting human, animal, and agriculture. Extended-spectrum bêta-lactamase-producing Enterobacteriaceae (ESBL-E), mutidrug-resistant bacteria, are a main health priority for the South-western Indian Ocean (SWIO) composed of islands (i.e. Madagascar, Maurice, Mayotte, Les Seychelles, l’Union des Comores et La Réunion). The main objective of this PhD thesis was estimating the ESBL-E prevalence in the three « One Heath approach » compartments (human, animal, environment) in order to identify the main ESBL-E reservoir in IO. This prevalence was independently estimated for each compartment by a sectorial approach and by a holistic approach connecting all compartments spatially and temporally.Both approaches suggest that livestock could be the main ESBL-E reservoir in IO and point out permeability between these three compartments in Madagascar. If the idea of a main reservoir of ESBL-E in livestock seems plausible, its contribution to human colonisation could differ between SWIO territories. Indeed, human direct and/or undirect exposure to this reservoir could be reduced in high-income countries (i.e. Seychelles, La Réunion) but significant for low-income countries (i.e. Madagascar, Union des Comores). In the absence, or reduced application, of food safety, sanitation, and drinking water access, the exposure to ESBL-E from livestock could be substantial in SWIO low-income countries. Consequently, the relative contribution of livestock in human ESBL-E subsequent colonisation could be significant in low-income countries but currently understudied. Research on that topic should strengthen antibiotic drug resistance control measures in low sanitation contexts

La résistance aux antibiotiques est un problème majeur de santé publique. Il est aujourd’hui nécessaire d’y lutter de façon globale, aussi bien chez l’Homme, que chez l’animal ou dans l’environnement (concept « One Health »). Parmi les éléments impliqués dans la résistance, les intégrons jouent un rôle clé. Ce sont des éléments génétiques bactériens capables de capturer et d’exprimer des gènes de résistance sous forme de cassettes et on les distingue selon plusieurs classes. Dans l’environnement, les intégrons de classe 1 sont considérés comme un bon marqueur de la pollution anthropique et ils sont souvents utilisés pour étudier les disséminations des résistances ; néanmoins, leur contenu en cassettes (ou « cassettome ») est peu connu. Dans la première partie de ce travail de thèse, nous avons étudié les « cassettomes » des intégrons dans des effluents de centres de soins de la région Nouvelle-Aquitaine et montré qu’ils étaient stables dans le temps et semblables entres eux malgré de grosses différences d’activité de soins entre les établissements. Les « cassettomes » étaient constitués majoritairement de gènes de résistance aux aminosides et aux β-lactamines, ces derniers étant les principaux antibiotiques délivrés dans le milieu hospitalier. Nous avons également caractérisé les « cassettomes » d’effluents d’abattoirs et montré que les « cassettomes » des intégrons de classe 1 étaient différents de ceux des effluents de centres de soins. La deuxième partie de ce travail de thèse a montré des prévalences différentes d’intégrons dans des souches d’Aeromonas infectant/colonisant des poissons soumis à différentes pressions de sélection antibiotique. Nous avons montré que les intégrons sont plus prévalents dans des populations de poissons soumises à une pression de sélection antibiotique plus forte et que leur contenu en cassettes était peu variable. Il ressort de nos travaux que les intégrons et plus spécifiquement les « cassettomes » sont de bons marqueurs dans l’environnement pour premièrement différencier les différents types d’effluents entre eux (centres de soins versus abattoirs) et deuxièmement pour refléter une pression de sélection exercée sur les animaux que sont les poissons
Antimicrobial resistance (AMR) is a major public health issue. It is now necessary to tackle AMR globally, in humans, animals and in the environment (« One Health » approach). Among genetic elements involved in AMR, integrons play a key role. Integrons are bacterial genetic elements able to capture and express antibiotic resistance genes in the form of gene cassettes and are distinguished according to several classes. In the environment, class 1 integrons are considered as a good marker of anthropogenic pollution and are used to study AMR dissemination; however, little is known about their genes cassettes content (or « cassettome »). In the first part of this thesis, we studied the « cassettomes » of integrons in the effluents of healthcare facilities of the Nouvelle-Aquitaine Region and showed that they were stable over times and similar to each other despite large differences in healthcare activities between the facilities. The « cassettomes » were mainly composed of aminoglycosides and β-lactams resistance gene cassettes, the last one being the main antibiotics delivered in hospitals. We also characterized the « cassettomes » of slaughterhouse effluents and showed that the « cassettomes » of class 1 integrons were different from those of healthcare facilities effluents. The second part of this thesis work showed different prevalences of integrons in Aeromonas strains infecting/colonizing fish subjected to different antibiotic selective pressures. We showed that integrons were more prevalent in fish populations subjected to stronger antibiotic selective pressure contrary to Aeromonas from wild fish where they were not detected. Our work shows that integrons and more specifically « cassettomes » are good markers in the environment to differentiate different types of effluents (healthcare facilities versus slaughterhouses) and secondly to reflect an antibiotic selective pressure exerted on fish

Sur les 10500 t d'antibiotiques consommés en Europe chaque année, la moitié sont à usage vétérinaire. Ceux utilisés en pisciculture dulçaquicole sont généralement administrés aux poissons via un aliment distribué directement dans les bassins d'élevage. Leur devenir et leurs effets dans l'environnement aquatique notamment pour l'acide oxolinique (AO), la fluméquine (FLU) et l'oxytétracycline (OTC) suscitent donc un intérêt grandissant. L'objectif de cette thèse est d'étudier le devenir de ces trois antibiotiques dans l'eau, les sédiments et les bryophytes dulçaquicoles. La démarche a été de mettre au point et de valider des méthodes de dosage originales, sensibles, fidèles et précises dans les sédiments et les bryophytes afin de réaliser des études expérimentales finalement validées sur le terrain. Les études de stabilité dans l'eau indiquent que l'AO et la FLU ne sont pas sensibles aux phénomènes d'hydrolyse et de biodégradation et sont peu sensibles à la lumière alors que l'OTC est biodégradable, photosensible et hydrolysable. Une approche intégrant les caractéristiques physico-chimiques sédimentaires met en évidence l'influence de la fraction organique et de la nature minérale de la fraction argileuse des sédiments sur les phénomènes d'adsorption, de désorption et de dégradation de ces antibiotiques. Expérimentalement, Fontinalis antipyretica s'est révélé être un excellent bioaccumulateur des trois antibiotiques. Des études sur l'Elorn (Finistère, France) montrent son intérêt comme espèce sentinelle, notamment pour l'OTC. Des concentrations élevées en FLU, OTC et plus faibles en AO sont relevées à la fois dans les bryophytes et les sédiments. L'utilisation de mousses transférées a prouvé que cette contamination de l'environnement ne provient pas seulement des piscicultures. La stabilité et les concentrations des trois antibiotiques dans l'environnement dulçaquicole posent donc de réelles interrogations quant au risque écotoxicologique qu'ils représentent.

Dans le milieu clinique, Stenotrophomonas maltophilia est décrite comme bactérie pathogène opportuniste, responsable d'infections nosocomiales principalement chez des patients immunodéprimés ou présentant des pathologies sévères ou chroniques. L'impressionnant bouclier de résistance aux antibiotiques observé chez les souches cliniques rend les traitements particulièrement complexes pour les patients atteints. Les souches de S. maltophilia représentent une réelle menace pour la santé humaine. De plus, les fortes potentialités d'adaptation des S. maltophilia leur permettent une dispersion dans un éventail très large de biotopes cliniques mais aussi environnementaux. En effet, les S. maltophilia colonisent aussi abondamment les niches écologiques environnementales telles que les sols rhizosphériques. Le niveau des connaissances sur ces souches environnementales est particulièrement limité face à celui disponible du milieu médical. Les propriétés en tant que pathogène opportuniste de ces souches environnementales restent encore peu connues et controversées tant au niveau génétique que phénotypique. Afin de mieux évaluer le potentiel danger sanitaire que représentent les souches environnementales face aux souches cliniques, il a été envisagé lors de ce projet de thèse d'évaluer des caractéristiques phénotypiques d'un groupe de souches de S. maltophilia provenant de contextes différemment en contact avec l'homme et l'environnement. Des souches de S. maltophilia fortement impactées par le contact de l'homme ont été isolées de patients atteints de pathologies variables (mucoviscidose, infections nosocomiales, pathologies sévères). Ce groupe de souches considérées comme les plus à risque pour l'homme, a été comparé à un groupe de souches de S. maltophilia environnementales provenant de contextes ayant pu favoriser des acquisitions/maintiens de résistances aux molécules antimicrobiennes tels que les sols rhizosphériques, les sols pollués aux métaux lourds ou encore les sols soumis aux activités répétées de l'homme. Tout d'abord, les signatures métaboliques (croissance, dégradations de substrats) et les capacités de résistance à diverses molécules antibiotiques cliniques ont été évaluées pour la collection de souches de S. maltophilia. Dans un deuxième volet, ont été étudiées les potentialités de virulence de ces souches telles que la mobilité, les sécrétions enzymatiques, la formation de biofilm et la virulence envers des amibes. Enfin, une analyse croisée statistique a mis en lien les différentes signatures obtenues à partir des données métaboliques, de résistance aux antibiotiques et de virulence en confrontant les origines des souches et les influences qu'elles ont subies vis-à-vis de l'homme. D'après le jeu de données du projet, quatre signatures distinctes émergent entre les souches de S. maltophilia structurées par les effets dus la proximité de l'homme et à leur origine. Des souches environnementales potentiellement les plus impactées par les contacts avec l'homme possèdent des caractéristiques similaires aux souches cliniques ; elles sont donc potentiellement aussi dangereuses que les souches cliniques
In the clinical settings, Stenotrophomonas maltophilia is described as an opportunistic bacterial pathogen responsible for nosocomial infections mainly in immunocompromised patients or with severe or chronic diseases. The heavy shield of antibiotic resistances observed in clinical strains lead to particularly complex treatments for patients. S. maltophilia strains represent a real threat to human health. Moreover, the high potential for adaptation of S. maltophilia allow their dispersion in a wide range of clinical habitats but also environmental. Indeed, S. maltophilia strains also colonize widely environmental niches such as the rhizospheric soils. The knowledge about these environmental strains is particularly limited compared to the available medical data. The properties as opportunistic pathogenic of environmental strains remain poorly known and controversial. To better assess the potential health hazard of these environmental S. maltophilia compared to the clinical ones, were assessed in this Ph-D project phenotypic characteristics of a group of S. maltophilia strains from contexts differentially affected by human and environment imprints. S. maltophilia heavily impacted by human contacts have been isolated from patients with varying disease (cystic fibrosis, nosocomial infections, severe pathologies). This group of strains considered as the most at risk to humans, was compared to a group of S. maltophilia from environmental contexts that could promote acquisition/maintaining of resistances to antimicrobial molecules such as rhizospheric soils, heavy metal-contaminated soils or agricultural soils. Firstly, metabolic signatures (growth, substrate degradations) and antibiotic resistance capacities were evaluated among the collection of S. maltophilia strains. In a second part, were studied pathogenic potentialities of these strains such as mobility, enzyme secretions, biofilm formation and virulence to amoebae. Finally, a statistical analysis made connections on the different signatures obtained from the metabolic data, antibiotic resistance and virulence with the origins of the strains and human impacts. According to the datasets of the project, four distinct signatures emerged between S. maltophilia strains structured by the effects of human proximity and origin of the strains. Environmental strains potentially the most impacted by contact with humans showed similar characteristics with the clinical strains; they could potentially be as dangerous as clinical strains

Achromobacter xylosoxidans est un bacille à Gram négatif non fermentaire émergent dans la mucoviscidose. A Dijon, la prévalence de patients colonisés est élevée au Centre de Ressources et de Compétences de la Mucoviscidose par rapport à la moyenne nationale, et augmente également chez des patients hospitalisés atteints d’autres pathologies. Les réservoirs et le mode de contamination des patients sont inconnus.Les objectifs de ce travail étaient de décrire la situation épidémiologique dans notre CRCM et de mettre en évidence d’éventuelles sources de contamination pour les malades en Bourgogne.Dans une première étude rétrospective, toutes les souches d’A. xylosoxidans isolées chez les patients du CRCM depuis le début de leur suivi jusqu’en 2010 ont été analysées. Sur 120 patients, 21 ont présenté au moins une culture positive. Le génotypage par électrophorèse en champ pulsé n’a montré que de rares cas de transmissions croisées. Les résistances acquises aux antibiotiques sont fréquentes : ciprofloxacine (dès primocolonisation), ceftazidime et carbapénèmes (colonisations chroniques). Notre protocole de détection d’A. xylosoxidans dans l’environnement a permis d’isoler 50 souches (lavabos, douches, rivières, lacs) : 33 à l’hôpital, 9 à domicile et 8 dans la nature. Ces isolats partagent des caractéristiques avec les souches cliniques : 6 génotypes communs et résistance constante à la ciprofloxacine. Le risque de contamination des patients à domicile ou à l’hôpital est donc réel.D’autres études sont en cours afin de mieux comprendre l’émergence de cette bactérie, ses mécanismes de résistance acquise aux antibiotiques et les facteurs favorisant sa sélection dans l’environnement
Achromobacter xylosoxidans is an aerobic nonfermentative Gram-Negative rod considered as an important emerging pathogen among cystic fibrosis (CF) patients worldwide. In Dijon (Burgundy), the prevalence of colonised patients is high among CF patients and increasing among non-CF hospitalised patients. The natural habitat of this organism as well as the possible sources of patient contamination remain unknown.The aims of this study were to report the first epidemiological data about A. xylosoxidans in a French CF centre and to identify potential reservoirs of this organism in Burgundy. In a retrospective study, all the isolates recovered from the patients affiliated with our centre in 2010 since their first visit were analysed. Out of 120 patients, 21 (17.5%) had at least one positive culture with A. xylosoxidans. Genotyping analysis by Pulsed Field Gel Electrophoresis revealed that cross-Contamination was very rare. Acquired resistance was frequent to ciprofloxacin (since primocolonisation), to ceftazidime and to carbapenems (in persistent colonisations). Thanks to our protocol designed to detect A. xylosoxidans in environment, a total of 50 strains were isolated in hospital (33 isolates), domestic (9 isolates) and outdoor (8 isolates) samples, mainly in handwashing sinks, showers, and water. These environmental isolates shared characteristics with clinical ones: 6 genotypes in common and a constant resistance to ciprofloxacin. These results reveal potential sources of contamination for the patients at home or in hospital. Further studies are needed to help understanding the emergence of this bacterium and the mechanisms involved in acquired antibiotic resistance

Pseudomonas aeruginosa et Stenotrophomonas maltophilia, pathogènes opportunistes majeurs, pourraient acquérir leur résistance aux antibiotiques dans l'environnement, sous la pression exercée par les métaux lourds par co-sélection de résistance. Nous avons tout d'abord évalué la distribution et l'abondance de ces espèces dans un large panel de sols d'origine géographique différente (France et Afrique) et évalué l'influence d'activités anthropiques susceptibles d'exposer les sols en éléments métalliques sur cette distribution. Alors que la présence de P. aeruginosa est sporadique et plutôt liée à un apport exogène, S. maltophilia est présente dans tous les sols étudiés, suggérant son endémicité. L'évaluation des résistances des souches isolées de ces sols a également montré des différences entre les deux espèces. Les souches environnementales de P. aeruginosa sont pour la plupart caractérisées par un phénotype sauvage alors que celles de S. maltophilia présentent une grande diversité de phénotypes en fonction des sites, parfois similaires à ceux de souches cliniques. Cette diversité peut être attribuée à l'adaptation aux conditions environnementales très différentes rencontrées mais il est difficile d'attribuer précisément aux métaux un rôle dans la co-sélection de ces résistances. L'étude menée sur la communauté bactérienne d'un sol contaminé a également permis de mettre en évidence une forte proportion de bactéries résistantes à différents antibiotiques représentée par des espèces qualifiées de pathogènes opportunistes ainsi que la présence du gène blaIMP, permettant la résistance à l'imipénème, utilisé en milieu clinique pour le traitement de clones multi-résistants.

Les antibiotiques sont des polluants présents dans les écosystèmes aquatiques, réceptacles ultimes des substances anthropiques. L’étude de ces composés porte sur leur rémanence dans le milieu ou leurs effets sur des organismes naturels. De nombreux efforts ont été faits à l’échelle mondiale pour l’évaluation de la qualité environnementale des différentes ressources en eau pour la survie des espèces aquatiques mais aussi pour la consommation humaine et le risque sanitaire lié. Dans ce but, l’optimisation des techniques analytiques pour ces composés dans les systèmes aquatiques demeure une nécessité. Notre objectif est de développer des méthodes d’extraction et de détection pour 12 molécules appartenant à la famille des aminoglycosides et de la colistine dans les eaux des stations d’épuration et les eaux hospitalières. L’absence des méthodes d’analyse pour ces composés ainsi que le manque des études permettant leur détection dans l’eau sont les raisons de leur étude. L’Extraction sur Phase Solide (SPE) en mode classique (hors ligne) ou en ligne, suivie d’une analyse par la Chromatographie Liquide couplée à la Spectrométrie de Masse (LC/MS/MS) est la méthode la plus couramment employée pour ce type d’analyse. Les paramètres sont optimisés et validés afin d’assurer les meilleures conditions utilisées dans les analyses environnementales. Cette technique a été appliquée sur des échantillons réels des eaux des stations d’épuration à Bordeaux et au Liban
Antibiotics are pollutants present in aquatic ecosystems ultimate receptacles of anthropogenic substances. These compounds are studied as their persistence in the environment or their effects on natural organisms. Numerous efforts have been made worldwide to assess the environmental quality of different water resources for the survival of aquatic species, but also for human consumption and health risk related. Towards goal, the optimization of analytical techniques for these compounds in aquatic systems remains a necessity. Our objective is to develop extraction and detection methods for 12 molecules of aminoglycosides and colistin in sewage treatment plants and hospitals waters. The lack of analytical methods for analysis of these compounds and the deficiency of studies for their detection in water is the reason for their study. Solid Phase Extraction (SPE) in classic mode (offline) or online followed by Liquid Chromatography analysis coupled with Mass Spectrometry (LC/MS/ MS) is the most method commonly used for this type of analysis. The parameters are optimized and validated to ensure the best conditions for the environmental analysis. This technique was applied to real samples of wastewater treatment plants in Bordeaux and Lebanon

Les écosystèmes aquatiques soumis à des pressions anthropiques sont des lieux d'évolution rapide des communautés microbiennes. Cet environnement participe certainement à l'émergence d'agents infectieux résistants aux antibiotiques. La ville de Montpellier est située dans un petit bassin versant qui subit d’une part des épisodes de pluies brutales et d’autre part de fortes pressions démographiques. Le principal hôpital est situé dans une zone de ruissellement comprenant deux petites rivières urbaines provenant d'eaux souterraines karstiques à quelques kilomètres en amont. L’objectif de cette étude est d'explorer les communautés bactériennes dans les rivières urbaines qui coulent près du centre hospitalier afin d'évaluer l'influence des ruissellements sur la résistance aux antibiotiques dans les communautés bactériennes. Les communautés bactériennes sont également décrites dans les aquifères karstiques en amont. Une section introductive présente les méthodes disponibles pour l'étude de la résistance aux antimicrobiens dans l'environnement et une revue de la littérature expose les données actuelles sur la résistance aux antibiotiques dans l’eau de ruissellement urbain. Cette partie justifie les stratégies expérimentales. La méthode développée ici, appelée détermination de la concentration inhibitrice à l’échelle de la communauté bactérienne (c-IC, pour community inhibitory concentration), est combinée à une description de la richesse taxonomique pour donner une description instantanée des communautés bactériennes résistantes dans les environnements aquatiques. Une stratégie dérivée de l'approche c-IC permet d'explorer la résistance bactérienne dans le système hydrologique urbain près de l'hôpital et dans les aquifères karstiques. Les données microbiologiques recueillies sont complétées par des données hydrologiques, hydrogéologiques, climatiques et physico-chimiques.L'impact de très faibles concentrations d'antibiotiques sur la structure de la communauté bactérienne dans divers environnements hydriques a été démontré et apparaît comme un indicateur de la vulnérabilité des écosystèmes face aux pressions antimicrobiennes. Le répertoire taxonomique des communautés fluviales urbaines a été décrit et sa dynamique a été confrontée aux conditions environnementales. Le voisinage des hôpitaux augmente significativement la prévalence des bactéries résistantes par rapport à une zone urbaine similaire éloignée de l'hôpital. Des bactéries d’intérêt médical résistantes aux céphalosporines et aux carbapénèmes ont été isolées. De façon surprenante, un Escherichia coli producteur de NDM-5, pathogène émergeant hautement résistant, a été signalé pour la première fois dans une rivière française. Le clone a été détecté dans deux échantillons indépendants montrant sa persistance. Le gène blaNDM-5 et son environnement génétique ont été décrits sur un plasmide IncX3 transférable, indiquant un transfert génétique horizontal possible. La résistance aux antimicrobiens dans l'eau souterraine karstique a varié dans le temps et dans l'espace et est difficilement comparable à celle décrite dans les rivières associées. En milieu urbain, la qualité de l'eau et le risque infectieux sont généralement évalués sur les eaux usées et les effluents des stations d'épuration. Cette étude montre que les eaux de ruissellement dans des zones urbanisées contribuent à l'émergence et à la dissémination de la résistance aux antimicrobiens. Compte tenu de l'épidémiologie inquiétante des maladies infectieuses, cette étude invite à explorer les potentiels réservoirs environnementaux de bactéries résistantes afin de compléter les connaissances sur le cycle épidémiologique de la résistance aux antimicrobiens et essayer de l’interrompre ou de le ralentir
Aquatic ecosystems subjected to anthropic pressures are places of rapid evolution of microbial communities. They are likely hotspots for emergence of infectious disease agents resistant to antibiotics. The city of Montpellier is located in a small watershed that undergoes brutal rainfall episodes and strong demographic pressures. A hospital is located in a runoff area including two small urban rivers originating from karstic groundwater few kilometers upstream. The aim of the study is to explore bacterial communities in urban rivers flowing near hospital settings in order to evaluate the influence of runoffs on antibiotics resistance in the bacterial communities. Bacterial communities are also described in upstream karstic aquifers.An introductive section presents the methods available for studying antimicrobial resistance in environment and then reviews comprehensively bibliography on antibiotics resistance in urban runoffs. This part supports the experimental strategies. The method developed herein, called community Inhibitory Concentration (c-IC) determination is combined to taxonomic richness description to provide a tool that gives a rapid snapshot of resistant bacterial communities in aquatic environments. A strategy derived from c-IC approach allows the exploration of bacterial resistance in the urban hydrologic system near the hospital and in karstic aquifers. The collected microbiological data has been completed by hydrological, hydrogeological, climatic and physico-chemical data.The impact of very low concentration of antibiotics on the bacterial community structure in various water bodies was demonstrated and appeared as an indicator of the vulnerability of ecosystems to antimicrobial pressures. The taxonomic repertory of the urban river communities was described and its dynamics was compared to environmental conditions. Hospital vicinity significantly increase the prevalence of resistant bacteria compared to a similar urban area remote from hospital. Diverse clinically relevant cephalosporins and carbapenems resistant bacteria have been isolated. Surprisingly, a NDM-producing Escherichia coli, which is a highly resistant and emerging pathogen was reported for the first time in a French River. The clone was detected in two independent sampling showing its persistence. The blaNDM-5 gene and its surrounding sequences were described on a transferable IncX3 plasmid, indicating possible genetic transfer to other bacteria. The antimicrobial resistance in karst groundwater varied in time and space and was hardly compared with that described in related rivers.In urban settings, water quality and infectious risk is generally assessed on sewers and wastewater treatment plants effluents. This study shows that runoff waters in urbanized area contribute to the emergence and dissemination of antimicrobial resistance. Considering the worrisome epidemiology of infectious diseases, it urges to decipher all environmental reservoirs for resistant bacteria in order to complete knowledges about the epidemiological cycle of antimicrobial resistance and try to break or slow down it

Ce travail a permis d’évaluer la contribution et l’influence des activités hospitalières et d’élevage sur la dissémination de l’antibiorésistance dans l’environnement, au travers du suivi de la dynamique d’éléments génétiques utilisés comme biomarqueurs de l’antibiorésistance : les intégrons de résistance (IR). Ainsi, de nombreux résidus biologiques solides et liquides d’origines anthropiques et géographiques diverses peuvent participer à la dissémination de l’antibiorésistance. Les effluents hospitaliers présentent des proportions plus élevées d’IR, et contribuent à l’apport de 14% des IR arrivant dans les stations d’épuration municipales, néanmoins les effluents urbains représentent la fraction majoritaire. La caractérisation des cassettes de gènes de résistance hébergées par ces IR, a mis à jour des gènes de résistance bien spécifiques dans les effluents hospitaliers, alors que les effluents urbains participent à l’apport d’une plus grande diversité de gènes dont des gènes codant pour des résistances multiples (BLSE). Les procédés de traitement actuels éliminent une fraction des IR mais n’empêchent pas des IR d’origine anthropique de rejoindre l’environnement. De plus, une étude pilote a révélé que le traitement des effluents hospitaliers par ces procédés à boues activées induit une augmentation des IR et de bactéries potentiellement pathogènes au sein des boues d’épuration, soulevant la problématique de la dissémination de l’antibiorésistance au sein de ces matrices. Finalement la mise en exergue de ce biomarqueur pour évaluer des procédés de traitement avancés des effluents hospitaliers (bioréacteur membranaires, ozonation, charbon actif), a montré l’efficacité des bioréacteurs membranaires par ultrafiltration pour réduire à la fois les bactéries et les IR d’origine anthropique
This work aims to assess the global contribution and influence of hospital activities and livestock industries on the dissemination of antibiotic resistance in the environment. For this purpose, the dynamics of a genetic element used as a biomarker of antibiotic resistance, the resistance integrons (RI), was monitored. Indeed, a wide range of solids and liquids biological wastes from different geographical and anthropogenic origins are involved in the antibiotic resistance dissemination. However, we showed that hospital effluents contained a high proportion of RIs in bacterial communities, and the gene cassette (GC) content of class 1 RI mainly showed antibiotic resistance GCs. Hospital effluent contributed to 14% of the Ris introduced in the waste water treatment plant (WWTP). While urban effluents diluted the risk associated with hospital effluent, RIs harboring GCs of clinical interest, such as ESBLencoding GCs, were found in these effluents unaffected by medical and industrial activities. The WWTP did not reduce the proportion of RIs in treated effluents but eliminated a fraction of the bulk of GCs from the influent. Large quantities of RIs harboring antibiotic-resistance GCs, and also GCs with unknown functions were released daily into the environment. In addition, a pilot study showed that the treatment of hospital wastewater by the activated sludge process promoted the increase of IR and potentially pathogenic bacteria in the sewage sludge, and consequently increased the issue of antibiotic- resistance spread in these matrices. Finally the use of RI as biomarker to assess the efficiency of advanced treatment processes for hospital effluents (membrane bioreactor ozonation, activated carbon) highlighted the effectiveness of membrane bioreactors using ultrafiltration to reduce both bacteria and IR of anthropogenic origins

Les principaux points de dispersion des composés pharmaceutiques dans l’environnement sont les stations d’épuration des eaux usées. A partir de l’analyse de la base de données constituée au cours de ce travail, les quantités de ces composés trouvées dans ces installations peuvent être directement liées à celles de médicaments consommés. La situation, quant à leur élimination de la phase liquide, est contrastée. Ainsi certaines hormones sont éliminées avec des rendements importants mais d’autres ne le sont pas du tout. Les produits radio-contrastants à base d’halogènes et notamment d’iode, soupçonnés d’être cancérogènes, sont majoritairement non biodégradables. Les effets d’antibiotiques sur les boues activées ont été plus particulièrement étudiés du fait de leur consommation, de leur présence dans les milieux aquatiques et de leur action spécifique sur les bactéries. Des expériences permettant d’évaluer la toxicité de ces principes actifs ont été conduites sur des boues activées en réacteur discontinu, avec un suivi de la morphologie des flocs par analyse d’images de microscopie optique. Il a été ainsi observé que, selon la concentration utilisée, l’érythromycine et la tylosine, macrolides largement utilisés respectivement en médecine humaine et vétérinaire, inhibent l’élimination de la pollution organique et dégradent l’ensemble de la biomasse. Ces antibiotiques ont également un effet néfaste sur le métabolisme de l’azote, qu’il s’agisse de l’ammonification, de la nitritation et de la nitratation
The main sources of dispersion of pharmaceutical substances in environment are wastewater treatment plants. Based on the analysis of the database built during this project, the amounts of pharmaceutical substances found in plants can be directly related to the amount consumed. Regarding their elimination from the liquid phase, the situation is very disparate. The elimination yield of hormones can be null or very large. Halogen-based X-ray contrast media (or AOX) are mainly non biodegradable. The effects of antibiotics on activated sludge have been especially investigated due to their consumption, presence in aquatic environment and specific action on bacteria. Batch tests have been performed to evaluate the toxicity of these active pharmaceutical ingredients on activated sludge. Sludge morphology was monitored by analysis of light microscopy images. Depending upon the applied dose, erythromycin and tylosin, two macrolides widely used for human and animal health care, inhibit the elimination of organic pollution and damage biomass. These antibiotics have a deleterious effect on ammonification, nitritation and nitratation

Les bactéries pathogènes opportunistes de l'Homme (bpo) sont retrouvées dans le milieu hospitalier où elles sont responsables d'infections nosocomiales ainsi que dans les milieux naturels terrestres et aquatiques. Elles présentent souvent des résistances intrinsèques aux antibiotiques élevées. En milieu clinique, l'usage intensif d'antibiotiques peut conduire à l'émergence de souches dites « Multi Drug Resistant ». L'anthropisation des milieux naturels peut également influencer la prévalence et les propriétés de résistance des bpo. Mes travaux ont porté sur l'impact de l'épandage d'amendements organiques sur la prévalence de bpo dans les sols, leur diversité génétique et leurs propriétés de résistance aux antibiotiques. Une étude des espèces Stenotrophomonas maltophilia, Pseudomonas aeruginosa et Burkholderia du « cepacia complexe » (Bcc) réalisée sur des sites du Burkina-Faso amendés ou non en déchets urbains bruts a mis en évidence des différences dans les propriétés de résistance des 3 modèles. S. maltophila présente fréquemment des phénotypes MDR contrairement à P. aeruginosa et aux Bcc. Une approche de génomique comparative entre souches de S. maltophilia d'origine environnementale ou clinique et de phénotypes sensibles à MDR a été réalisée afin d'élucider l'origine génétique de l'hétérogénéité des phénotypes de résistance. Une variation dans le contenu en pompes à efflux et la présence de pompes souche spécifique chez des souches environnementales ont été observées. L'étude de l'expression d'une de ces pompes confirme son implication dans la résistance aux antibiotiques et dans l'adaptation à des paramètres environnementaux tels que la température
Opportunistic bacterial pathogens (obp) of Man are found in hospital setting where they are responsible for nosocomial infections as well as in terrestrial and aquatic natural environments. Obp often show high intrinsic antibiotic resistance level. Moreover, the intensive use of antibiotics in clinical settings can lead to the emergence of "Multi Drug Resistant" strains. The anthropisation of the natural environment leads to modifications in bacterial diversity of these environments and can affect the prevalence and the antibiotic resistance properties of obp. My research focused on the impact of organic amendments on the prevalence, genetic diversity and antibiotic resistance properties of obp. A study on the species Stenotrophomonas maltophilia, Pseudomonas aeruginosa and the “Burkholderia cepacia complex" (Bcc) was conducted on sites in Burkina Faso amended or not with raw urban wastes. This study showed differences in antibiotic resistance properties between the 3 models. S. maltophila frequently showed MDR phenotypes unlike P. aeruginosa and Bcc. A comparative genomics study between S. maltophilia strains from environmental or clinical origin showing sensitive or MDR phenotypes was performed to elucidate the genetic origins of heterogeneity in the resistance phenotypes. A variation in the efflux pumps content was observed between strains. The expression of an efflux pump specific to an environmental MDR strain was then evaluated and confirmed its likely involvement in antibiotic resistance and adaptation to environmental parameters such as temperature

Les substances pharmaceutiques font partie du groupe des contaminants émergents du fait de leur intérêt récent dans les études environnementales comparativement à des polluants étudiés depuis plus longtemps tels que les pesticides. Elles correspondent aux principes actifs des médicaments et, à ce titre, sont responsables des propriétés pharmacologiques des médicaments. Ce sont donc des molécules biologiquement actives qui peuvent agir sur les organismes vivants présents dans les écosystèmes impactés. L’origine des substances pharmaceutiques dans l’environnement est variable mais les principales sources sont liées à leur utilisation en médecine humaine ou vétérinaire. Une fois consommées, les substances pharmaceutiques sont excrétées dans les urines ou les fèces et se retrouvent dans les eaux usées (consommation humaine) ou dans les déchets d’élevage (consommation vétérinaire). Dans le premier cas, elles peuvent être rejetées directement dans le milieu, ou indirectement, avec les eaux usées traitées ou les boues résiduaires, après traitement dans les stations d’épuration (STEP). Dans le deuxième cas, elles atteignent directement le milieu lorsque les animaux sont élevés en prairie ou indirectement lorsque les déchets d’élevage sont épandus sur les sols agricoles pour les fertiliser. Ces travaux de thèse se sont attachés à étudier l’origine et le devenir de ces substances dans ces 2 cas de figure. Ainsi en se basant sur des critères de consommation, de présence dans l’environnement par rapport à des études antérieures, de toxicité et d’écotoxicité, d’originalité et de disponibilité des composés standards de référence, 32 puis 78 molécules appartenant aux classes thérapeutiques des antibiotiques, des anticancéreux, des béta-bloquants, des anti-VIH et des inhibiteurs de phosphodiestérase de type 5 (PDE 5) ont été étudiées dans 2 continuums : i) effluents hospitaliers - eaux usées brutes et traitées – eaux de surface, et ii) eaux usées brutes et traitées - eaux de surface - eaux de captage souterraines. En s’appuyant sur les mêmes critères de sélection, le devenir de 7 antibiotiques a été étudié dans des lisiers porcins dans des filières simples de traitement du lisier (fosse de stockage), dans des filières complexes de traitement du lisier (système de traitement ressemblant à des mini STEP) et dans des mésocosmes en conditions contrôlées. Pour pouvoir réaliser l’ensemble de ces études, des protocoles analytiques mettant en œuvre une étape d’extraction par SPE (Solide Phase Extraction) ou d’extraction ASE (Extraction Accélérée par Solvant) puis de purification par SPE et d’analyse par LC/MS/MS (Chromatographie en phase liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem) ont été développés. Ces protocoles, en remplissant des critères de qualité tels que des limites de détection et de quantification compatibles avec des analyses environnementales (de l’ordre du ng/l à la dizaine de ng/l), une bonne linéarité, précision, justesse et performance, ont permis d’analyser la phase dissoute des échantillons d’eaux et la phase dissoute et solide des échantillons de lisiers. Il ressort des analyses des échantillons aqueux que : i) les béta-bloquants, les anti-VIH et les antibiotiques appartenant aux familles des macrolides, des fluoroquinolones et des sulfonamides, sont les molécules les plus représentatifs de la contamination du milieu naturel parmi les classes étudiées ; ii) les rejets de STEP sont une source majeure de la contamination des systèmes aquatiques ; iii) les eaux usées sont davantage contaminées en hiver qu’en été ; et iv) les eaux de surface sont davantage contaminées en été qu’en hiver
Pharmaceutical substances belong to the group of emerging contaminants due to their recent interest in environmental studies in comparison with pollutants who have been studied for a longer time like pesticides. They correspond to the active ingredient of drugs and by this mean are responsible for their pharmacological properties. Consequently they are biologically active molecules that can act on living organisms present in impacted ecosystems. The origin of pharmaceuticals in the environment is variable but the main sources are related to their use in human and veterinary medicine. Once consumed, pharmaceutical substances are excreted in urine or feces and are found in wastewater (human consumption) or animal manure (veterinary consumption). In the first case, they can be discharged directly in the environment, or indirectly, with treated wastewater or sludge from sewage treatment plants (SWTP). In the second case, they directly reach the environment when animals are bred on grassland or indirectly when livestock wastes are spread on agricultural soils as fertilizer. This PhD work has been focused on the study of the origin and fate of pharmaceutical substances in these 2 cases. Thus according to consumption data, occurrence in the environment reported in previous studies, toxicity and ecotoxicity data, originality and availability of reference standard compounds, 32 then 78 molecules belonging to 5 different therapeutic classes (antibiotics, antineoplastics, beta-blockers, anti-HIV, phosphodiesterase type 5 inhibitors (PDE 5 inhibitors)) were studied in 2 continuums : i) hospital wastewater effluents – raw and treated wastewater – surface water, and ii) raw and treated wastewater – surface water – ground water. Based on the same selection criteria, the fate of 7 antibiotics was studied in pig manure in simple manure storage facilities (storage tank), in aerobic manure treatment facilities (treatment system like in small SWTP) and in mesocosms under controlled conditions. In order to achieve all these studies, analytical protocols implementing an extraction step by SPE (Solid Phase Extraction) or an ASE extraction (Accelerated Solvent Extraction) followed by a SPE purification and an analytical step by LC / MS / MS (liquid chromatography tandem mass spectrometry) have been developed. These protocols, by filling out quality criteria such as limits of detection and quantification compatible with environmental analysis (ng/l to dozen of ng/l), good linearity, precision, accuracy and performance, were used to analyze the dissolved phase of water samples and dissolved and solid phases of pig manure samples. The water samples analysis shows : i) beta-blockers, anti-HIV and antibiotic belonging to the families of macrolides, fluoroquinolones and sulfonamides are the most representative molecules of the environmental contamination from the classes studied; ii) SWTP releases are a major source of aquatic systems’ contamination; iii) wastewaters are more contaminated in winter than in summer; and iv) surface water are more contaminated in summer than in winter. The pig manure samples analysis shows : i) the levels of contamination of manure by antibiotics are high, from a few µg/l to mg/l; ii) the manure level of contamination is not related to the physiological stage of pigs; iii) the interest to store manure before spreading in order to reduce the antibiotics contamination is not highlighted; iv) oxytetracycline, tetracycline, tylosin and marbofloxacin are mainly present in the solid phase whereas sulfadiazine, lincomycin and monensin are mainly present in the liquid phase of manure; v) the separation of solid and liquid phases reduce manure contamination in aerobic treatment facilities; and vi) antibiotics degradation is mainly aerobic.Key words: