Évaluation et validation des performances de traitement des eaux usées pour réduire la présence de bactéries et gènes de résistance aux antibiotiques

« Le traitement des eaux usées est crucial pour protéger l'environnement et la santé publique, en particulier dans un contexte où la résistance aux antibiotiques est en augmentation. Les stations d'épuration jouent un rôle essentiel dans la réduction des contaminants, mais leur efficacité sur les gènes de résistance aux antibiotiques (ARGs) reste peu étudiée. Cette recherche explore l'impact de la désinfection par l'ozone en conditions réelles sur 23 ARGs dans une station d'épuration (STEP) au Québec, qui traite à la fois des eaux usées domestiques et industrielles. Le processus de traitement de cette STEP inclut un traitement biologique utilisant des boues activées, suivi d'une ozonation durant la saison estivale (de mai à octobre). L'objectif principal du projet de recherche est d'évaluer l'efficacité des traitements secondaire et tertiaire sur l’abondance relative des gènes de résistance aux antimicrobiens ciblés. Les objectifs spécifiques sont d’évaluer la corrélation entre l’abondance relative des ARGs et les paramètres physico-chimiques, et d’évaluer le potentiel d’utiliser les mycobactéries non-tuberculeuses (NTM) comme proxy. Une campagne d'échantillonnage a été menée à l'automne 2023, du 28 août au 21 novembre, à raison d'une fois par semaine. Les températures de l’eau variaient entre 21 à 14 °C, et un total de 54 échantillons ont été collectés. Les prélèvements ont été effectués à quatre endroits différents du traitement: l'eau brute à l'entrée de la station (Affluent), l'eau après traitement secondaire par boues activées (Effluent secondaire), l'eau après ozonation (Effluent final), et les boues déshydratées combinées (non ozonées). Les mycobactéries non-tuberculeuses (NTM) ont été quantifiées par réaction en chaine polymérase (qPCR) afin d’évaluer l'efficacité de la désinfection. Les concentrations en bactéries totales et de 23 gènes ciblés (blaTEM, blaSHV, blaOXA, blaCTX-M, blaIMP, blaVIM, qnrA, qnrD, qnrS, ermB, ermF, mefA, tetM, tetO, tetQ, tetS, mcr-1, intI-1, sul-1, sul-2, vanA, aadA1, et aadA2) ont été évaluées par la réaction en chaîne par polymérase quantitative (qPCR) à haut débit. Une analyse physico-chimique complète des échantillons d'eau a été réalisée, incluant pH, conductivité, demande chimique en oxygène, solides totaux, alcalinité, nitrites, sulfures, et concentrations en métaux (fer, zinc, cuivre, cadmium, cobalt et aluminium). Cette analyse visait à caractériser la qualité de l'eau et à étudier les différents facteurs influençant l'efficacité de l'ozonation pour l'élimination des ARGs. Les résultats ont montré la présence de 22 des 23 ARGs dans les échantillons étudiés, couvrant des gènes de résistance aux bêta-lactamines(6), aux sulfonamides (2), à la vancomycine (1) et à la colistine (1). Le gène intI1 avait l’abondance relative la plus élevée dans l'affluent. Les traitements biologiques sont responsables d'une réduction significative de certains ARGs comme qnrD, qnrS, tetS et aadA1, similaire à la réduction observée pour les bactéries totales (16S).»

Abstract

«Wastewater treatment is crucial for protecting the environment and public health, especially in a context where antibiotic resistance is increasing. Wastewater treatment plants (WWTPs) play an essential role in reducing contaminants, but their effectiveness on antibiotic resistance genes (ARGs) remains under-studied. This study explores the impact of ozone disinfection under real conditions on 23 ARGs in a WWTP in Quebec, which treats both domestic and industrial wastewater. The treatment process of this WWTP includes a biological treatment using activated sludge, followed by ozonation during the summer season (from May to October). The main objective of the research project is to evaluate the efficiency of secondary and tertiary treatments on the relative abundance of targeted antimicrobial resistance genes. The specific objectives are to assess the correlation between the relative abundance of ARGs and physico-chemical parameters, and to evaluate the potential of using non-tuberculous mycobacteria (NTM) as a proxy. A sampling campaign was conducted in the fall of 2023, from August 28 to November 21, with weekly collections. Water temperatures ranged from 21 to 14 °C, and a total of 54 samples were collected. Sampling was conducted at four different treatment stages: raw water at the plant inlet (Influent), water after secondary treatment by activated sludge (Secondary effluent), water after ozonation (Final effluent), and dewatered combined sludge (non-ozonated). Non-tuberculous mycobacteria (NTM) were quantified by polymerase chain reaction (qPCR) to evaluate the disinfection efficiency. The concentrations of total bacteria and 23 targeted genes (blaTEM, blaSHV, blaOXA, blaCTX-M, blaIMP, blaVIM, qnrA, qnrD, qnrS, ermB, ermF, mefA, tetM, tetO, tetQ, tetS, mcr-1, intI-1, sul-1, sul-2, vanA, aadA1, and aadA2) were evaluated by high-throughput quantitative polymerase chain reaction (qPCR). A comprehensive physico-chemical analysis of the water samples was performed, including pH, conductivity, chemical oxygen demand, total solids, alkalinity, nitrites, sulfides, and metal concentrations (iron, zinc, copper, cadmium, cobalt, and aluminum). This analysis aimed to characterize water quality and study the different factors influencing the effectiveness of ozonation for ARG removal. The results showed the presence of 22 out of 23 ARGs in the samples studied, covering genes resistant to beta-lactams (6), sulfonamides (2), vancomycin (1), and colistin (1). The intI1 gene had the highest relative abundance in the influent. Biological treatments are responsible for a significant reduction of certain ARGs like qnrD, qnrS, tetS, and aadA1, similar to the reduction observed for total bacteria (16S).»