Les pesticides sont largement utilisés pour lutter contre les espèces d'insectes perçues comme nuisibles et constituent un grand défi pour la survie de nombreuses espèces d'insectes, les oiseaux qui s'en nourrissent, et les plantes fécondées par eux, entre autres. Parmi tous les pesticides, l'atrazine est le deuxième en termes de volume vendu partout dans le monde. L'atrazine est connue pour avoir de nombreux effets sur les animaux. Cependant, on ne sait pas grand-chose sur la façon dont il affecte les microbes vivant à l'intérieur de ces hôtes animaux.
Guêpe commune, Vespula vulgaris. Crédit d'image:Maciej Olszewski Pour savoir ce qu'il advient des microbes intestinaux chez les animaux exposés à l'atrazine de manière continue ou aiguë, à des niveaux pas assez élevés pour les tuer, les chercheurs ont choisi une espèce de guêpe appelée Nasonia vitripennis. Ils ont exposé les guêpes à 300 ppb (parties par milliard) d'atrazine, c'est ce à quoi les pollinisateurs sont généralement exposés dans un champ ou un cours d'eau fraîchement traité.
Ils ont exposé un autre groupe à 30 ppb pendant 36 générations.
Un troisième groupe exposé à 30 ppb d'atrazine est passé à un environnement sans atrazine de la génération 26 à 35.
Ils ont regardé les copies d'ARN faites par les guêpes affectées, et les protéines résultantes qui ont été produites, plus de 36 générations successives de guêpes.
Dans une autre expérience, les guêpes ont été élevées dans un environnement exempt de germes. Dans un sous-groupe de ces guêpes, le microbiome intestinal des guêpes exposées à l'atrazine a été transplanté dans le groupe non exposé. La présence d'une tolérance à l'atrazine a été recherchée dans ces deux groupes.
Les enquêteurs ont découvert que si ces guêpes étaient exposées à 300 ppb d'atrazine, ils ont subi des modifications de la fonction immunitaire, dans le fonctionnement de leurs mitochondries, et leur comportement global.
La première génération de guêpes exposées a subi des altérations comportementales sous la forme d'une population bactérienne intestinale modifiée. Par conséquent, les bactéries sont devenues plus diversifiées et le nombre global de bactéries est devenu plus important. Les patrons bactériens de l'intestin sont hérités du côté maternel.
Les chercheurs ont découvert un changement similaire dans le microbiome intestinal avec aussi peu que 30 ppb, En réalité. Et ce changement était aussi héréditaire.
Avec cette exposition sur 36 générations, le taux de mortalité dû à ce pesticide a décuplé, et un autre événement remarquable a été noté. Bien qu'il n'ait pas été exposé à un autre herbicide ou désherbant appelé glyphosate, les guêpes ont également montré une immunité contre ce composé.
Dans le troisième groupe, où les guêpes sur 30 ppb d'atrazine ont été soumises à un régime dont l'exposition à l'atrazine était manifestement absente pour les 6 prochaines générations, le microbiome bactérien dans leur intestin refusait obstinément de revenir au modèle antérieur, et s'est accroché au modèle parental.
Chez les guêpes exposées à l'atrazine, un changement remarquable a été observé dans la densité des espèces bactériennes intestinales rares Serratia marcescens ainsi que de Pseudomonas protegens . Ces bactéries décomposent l'atrazine, réduire l'impact nocif sur la guêpe. Ces bactéries ont été administrées à des guêpes non exposées à l'atrazine et leur tolérance a été évaluée.
Les guêpes élevées dans un environnement sans intestin ont montré une perte de la tolérance à l'atrazine héritée précédente. Mais lorsque le microbiome intestinal des guêpes exposées à l'atrazine a été transplanté dans ces guêpes non exposées, ils sont devenus tolérants à l'atrazine. Cela montre que le microbiome intestinal joue un rôle clé dans la résistance aux pesticides dans ce cas via symbio, à la fois au composé auquel il est exposé et à d'autres contre lesquels aucune exposition n'a eu lieu jusqu'à présent.
Lorsque S. marcescens et P. protegens ont été nourris à des guêpes non exposées, ils ont également acquis une résistance à l'atrazine.
L'enquêteur Robert Brucker dit, "Globalement, nous démontrons que la résistance à de multiples pesticides peut survenir dans une population qui est exposée à des concentrations sous-toxiques, que le microbiome facilite cette résistance, et qu'il offre une résistance contre d'autres pesticides auxquels l'animal hôte n'a jamais été exposé auparavant. Ce résultat indique que la perturbation du microbiome après une exposition aiguë à l'atrazine est héritée de génération en génération, même après la suppression de l'exposition.
Les chercheurs concluent qu'une exposition constante à l'atrazine à des doses sublétales provoque une modification du schéma microbien dans l'intestin des guêpes. Cela amène l'hôte à développer une résistance à la suite de la dégradation du composé toxique. Il s'agit donc d'une adaptation à grande vitesse de l'hôte à l'environnement via des symbiotes intestinaux, afin de vaincre de nouvelles toxines.
Les écologistes doivent noter que de tels changements dans le microbiome intestinal, qui affectent la fonction et peuvent être transmis aux générations successives, doit faire partie de l'évaluation globale de l'effet d'un pesticide sur diverses formes de vie, et aussi dans le cadre de la stratégie d'adaptation.
Des gènes métabolisant l'atrazine ont également été trouvés chez des abeilles sauvages exposées à ce pesticide. Cette étude montre la possibilité de résultats similaires sur un éventail d'espèces pendant des dizaines de générations depuis que le pesticide a commencé à être utilisé dans les années 1950.
Brucker fait remarquer, "Finalement, ces effets pourraient avoir des répercussions sur le comportement de l'hôte, stress métabolique, immunocompétence, et la régulation hôte-microbiote.
Les chercheurs aimeraient maintenant se pencher sur les gènes particuliers qui sont sélectionnés par l'exposition à l'atrazine, et leurs rôles dans le développement de la résistance aux toxines et dans la régulation du microbiome. En outre, ils envisagent le développement de probiotiques pour protéger les abeilles contre la toxicité de multiples pesticides.
Les bactéries pourraient également être utilisées de la même manière pour nettoyer un déversement de pétrole océanique, comme probiotique chez l'homme exposé à des toxines de faible niveau, ou pour protéger les humains, les plantes et les animaux qui sont touchés par inadvertance par l'utilisation de pesticides contre d'autres espèces. Ils résument :« Des études supplémentaires sur l'hôte et le microbiome de l'exposition multigénérationnelle aux composés xénobiotiques sont nécessaires, en particulier à la lumière du risque accru d'exposition aux xénobiotiques chez l'homme, les plantes, animaux, champignons, et des bactéries à travers le monde.
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