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Devenir et biodisponibilité des antibiotiques issus de matières fertilisantes d’origine résiduaire, dans les sols agricoles

Afin de mieux estimer les risques liés à la dispersion des antibiotiques dans l’environnement, des méthodes basées sur des extractions aqueuses ont été développées pour caractériser le devenir de la ciprofloxacine et du sulfaméthoxazole dans des sols amendés par des matières fertilisantes d’origine résiduaire et pour évaluer leur biodisponibilité vis-à-vis de microorganismes du sol.

MAFOR, rapport d'expertise : utilisation de matières résiduelles fertilisantes dans l'agriculture et la foresterie.
Mis à jour le 18/01/2018
Publié le 18/01/2018

Des antibiotiques sont introduits de façon chronique dans les sols lors de l’épandage des matières fertilisantes d’origine résiduaire (MAFOR), telles que les effluents d’élevage ou les boues de station d’épuration. La dissémination de ces polluants dans l’environnement présente un risque à long terme pour la santé en raison notamment de l’apparition de résistances aux antibiotiques. L’origine et les propriétés des MAFOR peuvent influencer le devenir ultérieur des antibiotiques dans les sols et leurs effets sur les organismes vivants. Peu de données existent aujourd’hui sur la (bio)disponibilité de ces composés dans les sols et leur obtention est conditionnée par le développement de méthodes d’extraction et d’analyse des molécules à de faibles teneurs, dans des matrices organo-minérales complexes.

Vers des méthodes chimiques basées sur des extractions aqueuses pour estimer la (bio)disponibilité et le devenir d'antibiotiques

Des chercheurs de l’Inra et leurs collègues ont développé des méthodes chimiques basées sur des extractions aqueuses pour estimer la (bio)disponibilité et le devenir de deux antibiotiques, la ciprofloxacine et le sulfaméthoxazole et de certains produits de transformation incorporés à la MAFOR, mélangés au sol puis incubés au laboratoire. Le choix des solutions aqueuses est basé sur des hypothèses concernant les mécanismes d’adsorption de ces molécules. Il a été confronté à une caractérisation des matières organiques co-extraites par des techniques de fluorimétrie 3D. La rapide diminution de la fraction extraite, indicatrice d’une baisse de la (bio)disponibilité des composés est expliquée par les interactions avec les matières organiques en décomposition.

En parallèle de ces développements méthodologiques, les scientifiques ont utilisé le modèle COP-Soil pour décrire le devenir du sulfaméthoxazole et de son métabolite principal dans les sols en fonction de l’évolution de la matière organique des MAFOR. Ils ont ainsi montré que le co-métabolisme pouvait être à l’origine de la biodégradation de cet antibiotique et de la formation de résidus non-extractibles.

Enfin, ils ont confronté les données d’exposition aux antibiotiques à des mesures d’activités microbiennes. Les corrélations observées avec leur biodégradation par des micro-organismes adaptés dans les sols ou avec les effets sur les communautés microbiennes impliquées dans le recyclage des nutriments (dont l’azote) suggèrent que les méthodes d’extraction douce sont pertinentes pour évaluer la (bio)disponibilité des antibiotiques. La dynamique de gènes marqueurs d’antibiorésistance a également été caractérisée.

Proposer des solutions pour lutter contre la dissémination des antibiotiques et des résistances dans l’environnement

Ce travail, partie intégrante du projet CEMABS - Exposition chronique aux antibiotiques et métaux dans les sols : impact sur les processus microbiens incluant la dynamique de l’antibio-résistance (ANR 2013-2017) a permis d’obtenir des résultats originaux autour de l’évaluation des risques liés à la dispersion des antibiotiques dans l’environnement. Une synthèse des connaissances actuelles sur le sujet, à laquelle contribuent des chercheurs de l’Inra, est en cours afin, à terme, de proposer des solutions pour lutter contre la dissémination des antibiotiques et des résistances dans l’environnement.

En savoir plus

Goulas A., Bourdat-Deschamps M., Nélieu S., Jimenez J., Patureau D., Haudin C.-S., Benoit P. 2017. Investigating matrix effects due do dissolved organic matter on the assessment the environmental availability of sulfamethoxazole and three transformation products in soils amended with sludge compost or manure by a new soft extraction method. Science of the Total Environment, 607–608, 1037–1048. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.06.192

Goulas A., Haudin C.-S., Bergheaud V., Dumény V., Fehri S., Bourdat-Deschamps M, Nélieu S., Benoit P. 2016. A new extraction method to assess the environmental availability of ciprofloxacin in agricultural soil amended with exogenous organic matters. Chemosphere, 165, 460-469. http://dx.doi.org/doi:10.1016/j.chemosphere.2016.09.040

Anais Goulas. 2016. Devenir et biodisponibilité des antibiotiques entrant dans les sols agricoles lors du recyclage des matières fertilisantes d’origine résiduaire. Thèse de doctorat Ecole doctorale Agriculture, alimentation, biologie, environnement et santé (ABIES). AgroParisTech, 250 pages.