Microplastics: What happens in the human digestive tract? First evidences in adults using in vitro gut models - INRAE - Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement Access content directly
Journal Articles Journal of Hazardous Materials Year : 2023

Microplastics: What happens in the human digestive tract? First evidences in adults using in vitro gut models

Microplastiques : que se passe-t-il dans le tube digestif humain ? Premières preuves chez l’adulte utilisant des modèles intestinaux in vitro

Elora Fournier
  • Function : Author
  • PersonId : 1090340
  • IdHAL : efournier
Mathilde Leveque
  • Function : Author
Philippe Ruiz
  • Function : Author
  • PersonId : 1205911
jérémy ratel
  • Function : Author
  • PersonId : 1163789
  • IdHAL : jratel
Valérie Bézirard
Erwan Engel
  • Function : Author
  • PersonId : 1171248

Abstract

Microplastics (MPs) are ubiquitous in the environment and humans are inevitably exposed to them. However, the effects of MPs in the human digestive environment are largely unknown. The aim of our study was to investigate the impact of repeated exposure to polyethylene (PE) MPs on the human gut microbiota and intestinal barrier using, under adult conditions, the Mucosal Artificial Colon (M-ARCOL) model, coupled with a co-culture of intestinal epithelial and mucus-secreting cells. The composition of the luminal and mucosal gut microbiota was determined by 16S metabarcoding and microbial activities were characterized by gas, short chain fatty acid, volatolomic and AhR activity analyses. Gut barrier integrity was assessed via intestinal permeability, inflammation and mucin synthesis. First, exposure to PE MPs induced donor-dependent effects. Second, an increase in abundances of potentially harmful pathobionts, Desulfovibrionaceae and Enterobacteriaceae, and a decrease in beneficial bacteria such as Christensenellaceae and Akkermansiaceae were observed. These bacterial shifts were associated with changes in volatile organic compounds profiles, notably characterized by increased indole 3-methyl- production. Finally, no significant impact of PE MPs mediated by changes in gut microbial metabolites was reported on the intestinal barrier. Given these adverse effects of repeated ingestion of PE MPs on the human gut microbiota, studying at-risk populations like infants would be a valuable advance.
Les microplastiques (MP) sont omniprésents dans l’environnement et les humains y sont inévitablement exposés. Cependant, les effets des MP sur l’environnement digestif humain sont largement inconnus. Le but de notre étude était d'étudier l'impact d'une exposition répétée aux MP de polyéthylène (PE) sur le microbiote intestinal humain et la barrière intestinale en utilisant, en conditions adultes, le modèle Mucosal Artificial Colon (M-ARCOL), couplé à une co-culture. des cellules épithéliales intestinales et sécrétant du mucus. La composition du microbiote intestinal luminal et muqueux a été déterminée par métabarcoding 16S et les activités microbiennes ont été caractérisées par des analyses d'activité de gaz, d'acides gras à chaîne courte, volatolomique et AhR. L’intégrité de la barrière intestinale a été évaluée via la perméabilité intestinale, l’inflammation et la synthèse de mucine. Premièrement, l’exposition aux PE MP a induit des effets dépendants du donneur. Deuxièmement, une augmentation de l'abondance de pathobiontes potentiellement dangereux, Desulfovibrionaceae et Enterobacteriaceae , et une diminution des bactéries bénéfiques telles que Christensenellaceae et Akkermansiaceaeont été observés. Ces déplacements bactériens étaient associés à des modifications des profils de composés organiques volatils, notamment caractérisés par une production accrue d'indole 3-méthyle. Enfin, aucun impact significatif des PE MP médiés par des modifications des métabolites microbiens intestinaux n’a été rapporté sur la barrière intestinale. Compte tenu de ces effets néfastes de l’ingestion répétée de PE MP sur le microbiote intestinal humain, étudier les populations à risque comme les nourrissons constituerait une avancée précieuse.
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Dates and versions

hal-03799643 , version 1 (06-10-2022)

Identifiers

Cite

Elora Fournier, Mathilde Leveque, Philippe Ruiz, jérémy ratel, Claude Durif, et al.. Microplastics: What happens in the human digestive tract? First evidences in adults using in vitro gut models. Journal of Hazardous Materials, 2023, 442, pp.130010. ⟨10.1016/j.jhazmat.2022.130010⟩. ⟨hal-03799643⟩
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