Contamination of aquatic environments by organic pollutants : effect of chemical risk on infectious risk. Application to the Akkar region (Lebanon)
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Environmental pollution is increasing worldwide. The constant release of chemical pollutants, particularly into aquatic environments, is causing growing concern and drawing the attention of scientists and governments because of degradation of water resources. Indeed, many of the pesticides and pharmaceutical residues found in waters present a direct risk to human and environmental health but they also target microbial life and could also potentially stimulate certain virulence factors causing a greater infectious risk to humans.The present study focused on the evaluation of groundwater contamination by pesticides in a rural area in Lebanon known as “Akkar”, due to their intensive application, in order to characterise the evolution of pesticide concentrations - mainly OCPs and OPPs - over the last five years. This evaluation was followed by the assessment of the effect of groundwater contamination on the virulence factors of three model bacteria: E. coli K12, S. Typhimurium and P. aeruginosa H103. The effect of the pollutant cocktails found in Akkar was tested on the growth, the motility and the expression of certain virulent genes of bacteria. Then, a specific study was conducted to examine the individual effect of some of the pollutants found in Akkar. Finally, a similar study was carried out in France, on the Clain River.The main findings revealed high and increasing concentrations of OCPs and OPPs for the last five years in Akkar groundwater. The results showed that the concentration of OPPs was higher than that of OCPs and that some banned pesticides, such as HCHs, are still used in this region. Furthermore, the effect of this contamination on certain virulence factors could be shown. Thus, the growth of E. coli K12 and S. Typhimurium was improved following exposure to the cocktails. Similarly, it was observed that individual exposure to certain pesticides stimulated the growth of these two strains, unlike that of P. aeruginosa H103. Similarly, individual exposure to different pesticides was found to stimulate the growth of both strains, in contrast to P. aeruginosa H103. However, the effect of the cocktails on virulence gene expression was found to be higher than that of the individual compounds. The cocktails found in the Clain River also appear to promote bacterial growth and increase the abundance of virulence genes in S. Typhimurium. However, the effect is “dependent on the composition of the cocktail” as well as being “strain dependent”.This work highlights the possible interactions between pollution - bacteria - health risks which confirm the interest of the “One Health” approaches currently emerging. Chemical pollution of the environment could be a significant source of infectious diseases and therefore a growing concern for human health.
Abstract FR:
La pollution de l’environnement connait une ampleur sans précédent dans le monde entier. Le rejet constant de polluants chimiques notamment dans les milieux aquatiques suscite des inquiétudes grandissantes et attire l’attention des scientifiques mais aussi des gouvernements en raison de la dégradation de la qualité des ressources en eau. En effet beaucoup de pesticides et de résidus de produits pharmaceutiques retrouvés présentent un risque direct pour la santé humaine et la santé environnementale mais ils ciblent aussi la vie microbienne et pourraient potentiellement stimuler certains facteurs de virulence et par conséquent représenter un plus grand risque infectieux pour l’Homme.La présente étude s’est concentrée sur l’évaluation de la contamination des eaux souterraines par des pesticides dans une zone rurale du Liban connue sous le nom de « Akkar », en raison de leur application intensive, et dans le but de caractériser l’évolution des teneurs en OCPs et OPPs au cours des cinq dernières années. Cette évaluation a été suivie par l’étude de l’effet de la contamination des eaux souterraines sur des facteurs de virulence de trois bactéries modèles : E. coli K12, S. Typhimurium et P. aeruginosa H103. L’effet des cocktails de polluants trouvés à Akkar a été testé sur la croissance des bactéries, leur motilité et l’expression de certains gènes de virulence. Ensuite, une étude spécifique a été conduite pour regarder l’effet individuel de certains de ces polluants mis en évidence à Akkar. Enfin, une étude similaire a été réalisée en France, sur la rivière Clain.Les principales conclusions ont mis en évidence des concentrations élevées et croissantes d’OCPs et d’OPPs depuis les cinq dernières années dans les eaux souterraines d’Akkar. Les résultats ont montré que la concentration des OPPs était plus élevée que celle des OCPs et que certains pesticides interdits, tels que les HCH, sont toujours utilisés dans cette région. En outre, l’effet de cette contamination sur certains facteurs de virulence a pu être montré. Ainsi la croissance de E. coli K12 et de S. Typhimurium a été améliorée suite à l’exposition aux cocktails de polluants. De même, il a été observé que l’exposition individuelle à différents pesticides stimule la croissance de ces deux souches, contrairement à celle de P. aeruginosa H103. Toutefois, l’effet des cocktails de polluants sur l’expression des gènes de virulence s’est avéré plus élevé que celui des composés individuels. Les cocktails de polluants trouvés dans la rivière Clain semblent également favoriser la croissance des bactéries et augmenter l’abondance des gènes de virulence de S. Typhimurium. Cependant l’effet est « dépendant de la composition du cocktail » en plus d’être « dépendant de la souche ».Ce travail met en évidence des interactions possibles entre pollution - bactéries - risque sanitaire qui confirme l’intérêt des approches « One Health » émergeant actuellement. La pollution chimique de l’environnement pourrait être une source significative de maladies infectieuses et donc de préoccupation pour la santé humaine.