Antibiotics in the environment: impact of metal oxides and effect on denitrification

Soutenance de thèse de Chen CHEN (Université de Rennes, ECOBIO / OSUR)

Antibiotics in the environment: impact of metal oxides and effect on denitrification
Vendredi 2 juin 2023, 13h00
Observatoire des Sciences de l'Univers de Rennes (OSUR) - Campus de Beaulieu, Bâtiment 14B, Salle de conférence

Résumé : Les antibiotiques sont devenus omniprésents dans l'environnement en raison de leur utilisation généralisée en médecine humaine et vétérinaire, ainsi qu'en agriculture. Ces composés peuvent persister dans les sédiments pendant de longues périodes, impactant potentiellement les processus microbiens et le fonctionnement des écosystèmes. Cependant, les effets des polluants antibiotiques sur les bactéries peuvent être atténués par des minéraux naturels, tels que les oxydes de manganèse. Par conséquent, cette thèse se concentre sur les effets des antibiotiques sur les bactéries et les processus de dénitrification dans les écosystèmes sédimentaires fluviaux, en mettant l'accent sur l'interaction entre les antibiotiques, les minéraux et les bactéries. Dans la première partie, la résistance aux antibiotiques d'une bactérie dénitrifiante non pathogène, Pseudomonas veronii, a été étudiée ainsi que l’effet de plusieurs antibiotiques représentatifs sur son activité dénitrifiante. Dans la deuxième partie, les mécanismes de transformation de la ciprofloxacine et de la tétracycline par un minéral commun du sol, la birnessite (MnO2), ont été étudiés pour déterminer les effets des sous-produits de transformation sur la croissance et l'activité de la mérre bactérie dénitrifiante. La troisième partie s'est concentrée sur le transport de la ciprofloxacine et de la tétracycline dans les sédiments de l'estuaire de la Seine (France), dans des conditions de réduction de nitrate. Ces résultats améliorent notre compréhension de l'activité antimicrobienne et de la toxicité des antibiotiques et de leurs sous-produits d'oxydation, en particulier contre les bactéries environnementales, ce qui a des implications importantes pour l'agriculture durable, la gestion de la qualité de l'eau et des sédiments, et les cycles biogéochimiques globaux. Abstract: Antibiotics have become ubiquitous in the environment due to their widespread use in human and veterinary medicine, as well as in agriculture. These compounds can persist in sediments for long periods of time, potentially impacting microbial processes and ecosystem functioning. However, the effects of antibiotic pollutants on bacteria can be mitigated by natural minerals, such as manganese oxides. Therefore, this thesis focuses on the effects of antibiotics on bacteria and denitrification processes in river sedimentary ecosystems, with emphasis on the interaction between antibiotics, minerals and bacteria. In the first part, the antibiotic resistance of a non-pathogenic denitrifying bacterium, Pseudomonas veronii, was studied as well as the effect of several representative antibiotics on its denitrifying activity. In the second part, the mechanisms of transformation of ciprofloxacin and tetracycline by a common soil mineral, birnessite (MnO2), were studied to determine the effects of transformation by-products on the growth and activity of mother denitrifying bacteria. The third part focused on the transport of ciprofloxacin and tetracycline in the sediments of the Seine estuary (France), under conditions of nitrate reduction. These results improve our understanding of the antimicrobial activity and toxicity of antibiotics and their oxidation by-products, particularly against environmental bacteria, which has important implications for sustainable agriculture, quality management water and sediment, and global biogeochemical cycles. Le jury sera composé de : Sylvie NAZARET Directrice de Recherche, UMR CNRS Ecologie Microbienne, Université Lyon 1 Pierre LABADIE Directeur de Recherche, UMR CNRS EPOC, Université de Bordeaux Claudia WIEGAND Professeur, UMR CNRS Ecobio, Université de Rennes François PEAUDECERF Maitre de conference, Institut de Physique de Rennes, Université de Rennes Anniet LAVERMAN Directrice de Recherche,UMR CNRS Ecobio, Université de Rennes Khalil HANNA Professeur, École Nationale Supérieure de Chimie de Rennes Céline Roose-Amsaleg Ingénieure de Recherche,UMR CNRS Ecobio, Université de Rennes