Impact of liquid mesophilic anaerobic digestion on the fate of pathogenic Clostridia and antibiotic resistance genes.
Impact de la méthanisation agricole mésophile voie liquide sur le devenir de Clostridia pathogènes et de gènes de résistance aux antibiotiques.
Résumé
It is important to guarantee the safe use of digestate for land application. The first objective of this work was to estimate, at field scale, the impact of three mesophilic digesters on the virulence and on the antibiotic resistance of C. perfringens, a pathogenic, strictly anaerobic bacterium which may grow in digesters. Anaerobic digestion did not change the distribution of the toxinotypes, mostly represented by type A (78.3% of the isolates), nor the antimicrobial resistance profiles of the isolates. Some isolates were highly resistant to antibiotics used in human medicine, especially vancomycin and imipenem. The second objective was to evaluate on semi-continuous mesophilic pilots, the effect of hydraulic retention time (HRT), organic loading rate and pretreatment of manure (70 °C, 1 h), on (i) four bacteria (E. coli, enterococci, C. perfringens and C. difficile), (ii) microbial communities and (iii) 14 antibiotic resistance genes (ARG) and the gene intl1. The thermal pre-treatment had the greatest effect on the four bacteria: E. coli was not detected in digestates and the level of C. perfringens was reduced by a factor of 10. However it led to a slight increase in the level of C. difficile in the manure. Although no enterococci were detected in the heated manure, they were still present in the digestates, suggesting their ability to grow in the pilots inoculated with a digestate at the beginning of each experiment. Mesophilic anaerobic digestion changed the composition of bacterial communities by increasing the relative abundance of Bacteroidetes and decreasing the abundance of Firmicutes. The process reduced the concentration of the ARG (the Log reduction ranged from 0.1 to 2). The increasing of the HRT and the application of the thermal pretreatment led to a reduction in the number of OTU but did not significantly impact the Log reduction of the ARG and of the gene intl1.
Garantir l'innocuité des digestats lors de leur retour au sol représente un enjeu important pour la filière de méthanisation agricole. Le 1er objectif de la thèse était d’estimer à l’échelle du terrain, l’impact de trois méthaniseurs mésophiles sur la virulence et l’antibiorésistance de C. perfringens, bactérie pathogène, anaérobie stricte, susceptible de se développer dans les méthaniseurs. La digestion anaérobie n’a pas modifié la répartition des toxinotypes, majoritairement représentés par le type A (78,3% des isolats) ni les profils d’antibiorésistance. Plusieurs isolats étaient très résistants aux antibiotiques utilisés en médecine humaine, notamment la vancomycine et l'imipénem. Le 2nd objectif était d’évaluer sur des pilotes mésophiles semi-continus, l'effet du temps de séjour hydraulique (TSH), de la charge organique et du prétraitement thermique (70°C, 1h) du lisier alimentant les pilotes sur (i) quatre bactéries (E. coli, entérocoques, C. perfringens et C. difficile), (ii) les communautés microbiennes et (iii) 14 gènes de résistance aux antibiotiques (GRA) et le gène intl1. Le paramètre ayant le plus d’influence sur les bactéries est le prétraitement thermique. Il permet d’éliminer E. coli dans les digestats et de diminuer d’un facteur 10 les teneurs en C. perfringens, mais il conduit à une légère augmentation des teneurs en C. difficile dans le lisier alimentant les réacteurs. S’il permet d’éliminer les entérocoques dans le lisier, ceux-ci sont encore présents dans les digestats suggérant leur développement dans les pilotes inoculés avec un digestat lors de leur mise en route. La méthanisation mésophile modifie la composition des communautés bactériennes en augmentant l’abondance relative des Bacteroidetes et en diminuant celle des Firmicutes. Elle réduit les teneurs en GRA à un degré plus ou moins marqué selon le gène considéré (de 0,1 à 2 Log10). L’allongement du TSH ainsi que le prétraitement thermique diminuent le nombre d’OTU mais n’impactent pas significativement l’abattement des teneurs en GRA et en gène intl1.
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