Thèse Dissémination de l'Antibiorésistance Via les Lixiviats de Sols Agricoles Approche Écotoxicologique chez l'Amphibien Xenopus Laevis H/F - 31

Établissement : Institut National Polytechnique de Toulouse
École doctorale : SDU2E - Sciences de l'Univers, de l'Environnement et de l'Espace
Laboratoire de recherche : CRBE - Centre de Recherche sur la Biodiversité et l'Environnement
Direction de la thèse : Florence MOUCHET ORCID 0000000319938448
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-06-01T23:59:59

L'antibiorésistance (ABR) constitue aujourd'hui une menace majeure pour la santé publique et l'environnement. Longtemps associée à l'usage clinique des antibiotiques, elle est désormais reconnue comme un phénomène écologique global impliquant des interactions étroites entre santé humaine, santé animale et environnement, selon l'approche « One Health ». Les résidus d'antibiotiques, les bactéries résistantes (ARB) et les gènes de résistance (ARG) détectés dans les sols, les eaux et les sédiments, sont soumis à des processus de sélection, de persistance et de transfert horizontal de gènes au sein de microbiotes diversifiés, contribuant à la structuration des résistomes environnementaux.
Dans les systèmes agricoles, l'épandage de lisiers, fumiers et digestats issus d'élevages constitue une pratique courante de fertilisation, mais représente également une source de résidus d'antibiotiques et d'ABR. Le devenir de ces contaminants après leur apport au sol reste complexe. Si certains composés s'adsorbent fortement aux matrices solides telles que le sol, d'autres demeurent mobiles et peuvent être transférés vers les eaux souterraines et superficielles par ruissellement, lixiviation et infiltration. Les sols agricoles apparaissent ainsi comme des interfaces critiques entre compartiments terrestre et aquatique, jouant un rôle de réservoirs temporaires et de sources potentielles de contaminants chimiques et biologiques vers les réseaux hydriques. Dans les milieux aquatiques, l'ABR n'est pas uniquement transportée par les flux hydriques. Ces environnements peuvent également devenir des réservoirs et des zones d'amplification des ARGs et des ARB, en raison de la forte connectivité des réseaux microbiens et de conditions favorables au transfert horizontal de gènes. Les sédiments, les biofilms et les microbiotes associés aux organismes aquatiques constituent des niches clés pour la persistance des résistances. En particulier, les amphibiens et les poissons, exposés de manière chronique aux contaminants et possédant des microbiotes riches, pourraient agir comme réservoirs biologiques de gènes de résistance.
Dans ce contexte, la question est de savoir dans quelle mesure les lixiviats de sols agricoles amendés par des produits résiduaires organiques constituent-ils une source de résidus d'antibiotiques et d'antibiorésistance pour le compartiment aquatique, et comment ces contaminants affectent-ils la toxicité biologique et la dynamique des résistomes chez un organisme aquatique modèle, Xenopus laevis ?
Le projet repose sur une approche expérimentale intégrée combinant écotoxicologie et microbiologie environnementale. Des sols agricoles aux propriétés contrastées et amendés par des digestats d'origines différentes seront étudiés afin d'évaluer l'influence du type de sol et des intrants organiques sur la mobilisation des antibiotiques et des ARGs vers le compartiment aquatique. En fonction des résultats obtenus, d'autres conditions opératoires pourraient être mises en oeuvre pour étudier les effets potentiels de la bioturbation par des vers de terre sur cette mobilisation. L'exposition de larves de Xenopus laevis aux différents lixiviats permettra d'évaluer les effets écotoxicologiques, les perturbations des microbiotes associés et le potentiel de transfert et d'enrichissement en gènes de résistance à l'interface sol-eau-organisme aquatique. Une approche complémentaire basée sur un système biofilm-larves de xénopes permettra d'étudier la dynamique et le transfert de l'antibiorésistance à l'interface sol-eau-vivant. Les jeux de données générés dans cette thèse permettront également le développement de modèles d'équations structurelles (SEM) afin d'intégrer de manière quantitative les relations entre les propriétés des sols, la composition des lixiviats, les indicateurs d'antibiorésistance et les réponses écotoxicologiques observées chez Xenopus laevis.

L'antibiorésistance (ABR) est reconnue aujourd'hui comme une menace majeure de santé publique et environnementale, résultant à la fois de l'usage clinique des antibiotiques ainsi que de leurs émissions dans l'environnement via les activités humaines, en particulier agricoles et d'élevages. La prise en charge de cette problématique selon une approche « One Health » est désormais recommandée par les agences sanitaires internationales car l'ABR ne se cantonne plus à un contexte sanitaire clinique humain mais s'inscrit dans un processus écologique plus global impliquant des interactions complexes biotiques et abiotiques au sein des compartiments de l'environnement.
Les résidus d'antibiotiques, les bactéries résistantes (ARB) et les gènes de résistance (ARG) sont en effet désormais présents dans les sols, l'eau et les sédiments. Ces éléments sont soumis à des processus dynamiques de sélection, de persistance et de transfert horizontale de gènes (HGT) au sein de microbiotes diversifiés. Ils participent à la structuration et à l'évolution des résistomes environnementaux (Sassi et al., 2025).
Dans les systèmes agricoles, l'épandage de lisiers et fumiers issus d'élevages intensifs constituent une pratique largement répandue pour la fertilisation des sols. Cette pratique contribue cependant à enrichir les sols agricoles en résidus d'antibiotiques et en marqueurs d'antibiorésistance (Anses, 2020). Le devenir environnemental de ces contaminants après leur apport au sol reste complexe et encore peu étudié. Si certains composés s'adsorbent fortement aux matrices solides, d'autres restent mobiles et peuvent être transférés vers les eaux souterraines et superficielles par des processus de ruissellement, de lixiviation et d'infiltration. Les sols agricoles apparaissent ainsi comme une zone d'interface critique entre les compartiments terrestre et aquatique, jouant un rôle de réservoir temporaire et de source de contaminants chimiques et biologiques vers les réseaux hydriques (Singh et al., 2024). Les eaux superficielles deviennent alors des réceptacles de mélanges complexes d'antibiotiques et d'éléments d'antibiorésistance, y compris des ARG associés à des éléments mobiles génétiques (plasmides, intégrons), favorisant la dissémination et l'amplification des résistances à l'échelle des bassins versants.
Dans les milieux aquatiques, l'antibiorésistance n'est pas seulement transportée et disséminée par les flux hydriques. Les environnements aquatiques peuvent également devenir de véritables réservoirs et lieux d'amplification des ARGs et des ARB, en raison de la forte connectivité des réseaux microbiens et de conditions favorables au transfert horizontal de gènes. Les sédiments, les biofilms et les microbiotes associés aux organismes aquatiques constituent autant de niches écologiques où les interactions entre bactéries résistantes et microbiotes autochtones peuvent favoriser la propagation et la persistance des résistances. Un aspect encore relativement peu exploré, mais d'une importance préoccupante, concerne le rôle des organismes aquatiques eux-mêmes dans la dynamique de l'antibiorésistance. La revue récente de Thibodeau et al. (2024) rapporte que les organismes d'eau douce, tels que les poissons et les amphibiens, qui possèdent des microbiotes riches sont exposés en continu à des mélanges d'antibiotiques et d'ARB, en en faisant potentiellement des réservoirs et des amplificateurs de gènes de résistance dans l'environnement aquatique.
Dans ce contexte, la présence conjointe de résidus pharmaceutiques, de bactéries résistantes et d'ARGs dans les milieux aquatiques met en évidence la nécessité d'une approche intégrée combinant écotoxicologie et microbiologie environnementale. Si des avancées conceptuelles ont vu le jour ces dernières années pour présenter la dissémination de l'antibiorésistance dans l'environnement, peu d'études intègrent de manière combinée l'évaluation des effets écotoxicologiques des fractions hydro extractibles de sols agricoles (lixiviats), la présence d'antibiotiques et de marqueurs d'antibiorésistance.
La thèse proposée a donc pour objectif principal de répondre à la question suivante :
Dans quelle mesure les lixiviats de sols agricoles amendés par des produits résiduaires organiques constituent-ils une source de résidus d'antibiotiques et d'antibiorésistance pour le compartiment aquatique, et comment ces contaminants affectent-ils à la fois la toxicité biologique et la dynamique des résistomes chez un organisme aquatique modèle, Xenopus laevis ? en effet, l'amphibien Xenopus laevis constitue un modèle expérimental particulièrement pertinent. Largement utilisé en écotoxicologie, notamment au stade larvaire (ISO 21427-1), il présente une sensibilité élevée aux contaminants environnementaux de toutes natures. Par ailleurs, son microbiote intestinal et cutané, sensible aux perturbations chimiques et biologiques, représente un outil intégrateur pour étudier à la fois les effets écotoxicologiques des lixiviats de sols et le rôle potentiel des organismes aquatiques comme réservoirs de gènes de résistance.
Pour répondre à cette question, le sujet propose d'étudier la question de la dynamique de l'antibiorésistance dans des conditions expérimentales contrastées, en utilisant des sols agricoles aux propriétés physico-chimiques distinctes, pour prendre en compte l'influence du type de sol sur la rétention, la biodisponibilité et la mobilité des antibiotiques et des ARGs. De plus, des digestats d'origines différentes seront étudiés , permettant d'évaluer l'impact de la variabilité des intrants organiques (composition chimique, charge microbienne, niveau de résistance) sur la dissémination de l'antibiorésistance. En fonction des résultats, la présence ou l'absence de vers de terre pourra être considérée pour évaluer le rôle de la bioturbation sur la redistribution des contaminants, la modification des microbiotes du sol et la mobilisation des antibiotiques et des ARGs vers la phase aqueuse. Ce schéma expérimental permet ainsi d'explorer de manière mécaniste les facteurs contrôlant la mobilisation de l'antibiorésistance à l'interface sol-eau. En complément, une partie du projet sera consacrée à l'étude de la dynamique et du transfert de l'antibiorésistance au sein d'un système intégré biofilm-larves de xénope, inspirées d'approches développées dans des travaux antérieurs (thèse A. Thibodeau). Ce dispositif permettra d'évaluer le rôle des biofilms aquatiques comme interfaces clés favorisant la persistance, la sélection et le transfert horizontale de gènes de résistance entre communautés bactériennes environnementales et microbiotes associés aux larves exposées aux lixiviats. L'analyse conjointe des microbiotes des larves et des biofilms permettra de mieux comprendre les mécanismes d'acquisition, d'amplification et de dissémination de l'antibioresistance à l'interface sol-eau-vivant.
Les jeux de données générés dans cette thèse permettront également le développement de modèles d'équations structurelles (SEM) afin d'intégrer de manière quantitative les relations entre les propriétés des sols, la composition des lixiviats, les indicateurs d'antibiorésistance et les réponses écotoxicologiques observées chez Xenopus laevis. Cette approche visera à identifier les voies causales dominantes reliant les pratiques agricoles à la toxicité biologique et à la dissémination de l'antibiorésistance à l'interface sol-eau-vivant.