Type de document

Rapports de recherche scientifique

Année de publication

2014

Langue

Français

Résumé

Les bioaérosols, c’est-à-dire des aérosols composés de particules solides ou liquides de 0,002 µm à 100 µm transportant des microorganismes vivants ou des molécules dérivées d’organismes vivants, se trouvent en fortes concentrations dans plusieurs milieux de travail. Beaucoup de maladies respiratoires professionnelles y sont associées, mais leur étiologie n’est souvent pas connue. La composition exacte des bioaérosols responsables de ces maladies respiratoires doit être clairement définie afin de bien comprendre ce à quoi sont exposés les travailleurs.

Nous avions récemment documenté des microorganismes insoupçonnés dans l’air des porcheries, les archaea. Dans la présente étude, afin de définir l’exposition des travailleurs aux bioaérosols, nous avons utilisé des méthodes de biologie moléculaire pour décrire la biodiversité des bactéries et des archaea de l’air de plusieurs environnements de travail. Nous avons donc caractérisé le contenu en bactéries et en archaea des bioaérosols de fermes laitières, de poulaillers et d’établissements de traitement des eaux usées et nous avons déterminé l’exposition des travailleurs de fermes laitières à Saccharopolyspora rectivirgula, l’agent responsable du poumon du fermier. De plus, nous avons caractérisé l’immunogénicité de deux espèces d’archaea retrouvées dans l’air de différents milieux de travail, les Methanobrevibacter smithii (MBS) et les Methanosphaera stadtmanae (MSS), à l’aide d’un modèle murin d’exposition chronique des voies respiratoires.

La technique de réaction en chaîne par polymérase (PCR) quantitative a été utilisée pour déterminer les quantités de bactéries et d’archaea présentes dans l’air de fermes laitières, des poulaillers et des établissements de traitement des eaux usées. La caractérisation de la biodiversité de ces microorganismes a été effectuée par électrophorèse sur gel en gradient dénaturant ou DGGE. La technique d’ELISA a permis de mesurer les anticorps spécifiques à MBS, à MSS et à S. rectivirgula dans le plasma des travailleurs. Pour étudier l’effet pro-inflammatoire des archaea, trois concentrations de deux espèces d’archaea, MBS et MSS, ont été instillées par voie intranasale à des souris C57Bl/6, trois jours consécutifs durant trois semaines.

Jusqu’à 108 bactéries et 106 archaea totales par m3 ont été retrouvées dans l’air des fermes laitières. Des quantités similaires d’archaea ont été retrouvées dans l’air des poulaillers, alors que jusqu’à 108 bactéries et 104 archaea totales par m3 ont été trouvées dans l’air des établissements de traitement des eaux usées. MBS et MSS, deux espèces d’archaea immunogènes, ont aussi été détectées dans l’air de fermes échantillonnées. Malgré les recommandations formulées aux fermiers quant à l’entreposage de leur foin, jusqu’à 107 copies du gène de l’ARNr 16S de S. rectivirgula par m3 d’air y ont été mesurées. De fait, les travailleurs de fermes laitières sont davantage exposés à cet actinomycète que les sujets contrôles. Des études histopathologiques sur les poumons des souris exposées aux archaea ont démontré des altérations pulmonaires, qui étaient plus intenses chez les souris instillées avec MSS. Le modèle murin a aussi permis de démontrer que MSS induit une production plus élevée de cellules dendritiques myéloïdes activées que MBS dans les poumons.

Ces résultats établissent la complexité des bioaérosols des milieux agricoles et des industries dont certaines composantes telles les archaea pourraient avoir un rôle à jouer dans le développement de maladies respiratoires professionnelles. Ces microorganismes peuvent induire une inflammation pulmonaire dont l’intensité est dépendante de l’espèce d’archaea. L’exploration de la présence des archaea dans notre environnement et la compréhension de notre réponse à ces agents méconnus n’en sont qu’à leurs balbutiements. Leur rôle en tant qu'agents protecteurs, immunostimulateurs, pro-inflammatoires ou agents tolérés mérite d'être approfondi.

Abstract

Bioaerosols (aerosols composed of solid particles or liquid droplets measuring 0.002 to 100 µm and carrying live microorganisms or molecules derived from living organisms) are found in high concentrations in a number of work environments. Many occupational respiratory diseases are associated with bioaerosols, but their etiology is often unknown. The exact composition of the bioaerosols responsible for these respiratory diseases must be clearly determined, so we can understand just what workers are exposed to.

We recently documented unsuspected microorganisms (archaea) in the air of hog houses. In this study, molecular biology methods are used to describe the biodiversity of bacteria and archaea in the air of a number of work environments so that the bioaerosol exposure of workers can be determined. We thus characterized the bacteria and archaea content of bioaerosols in dairy farms, poultry houses and wastewater treatment plants and determined the exposure of dairy-farm workers to Saccharopolyspora rectivirgula, the agent responsible for farmer’s lung. In addition, we used a mouse model of chronic airway exposure to characterize the immunogenicity of two species of archaea found in the air in different work environments: Methanobrevibacter smithii (MBS) and Methanosphaera stadtmanae (MSS).

The polymerase chain reaction (PCR) technique was used to determine quantities of bacteria and archaea in the air in dairy farms, poultry houses and wastewater treatment plants. Denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) was used for biodiversity characterization of these microorganisms. The ELISA technique was used to measure antibodies specific to MBS, MSS and S. rectivirgula in workers’ blood plasma. To study the pro-inflammatory effects of archaea, C57BI/6 mice were instilled intranasally with three different concentrations of two species of archaea (MBS and MSS) for three consecutive days during three weeks.

A total of up to 108 bacteria and 106 archaea per m3 were detected in dairy farm air. Similar quantities of archaea were found in poultry house air. A total of up to 108 bacteria and 104 archaea per m3 were found in the air of wastewater treatment plants. MBS and MSS, two species of immunogenic archaea, were also detected in the farm air sampled. Despite recommendations to the farmers regarding storage of their hay, up to 107 copies of the 16S rRNA gene of S. rectivirgula were measured per m3 of farm air. In fact, exposure to this actinomycete was greater in dairy farm workers than in the control group. Histopathological studies of the lungs of mice exposed to archaea demonstrate changes to the lungs, and these were more intense in mice instilled with MSS. The mouse model also made it possible to demonstrate that MSS induces greater production of activated myeloid dendritic cells in the lungs than MBS.

These results demonstrate the complexity of bioaerosols in agricultural and industrial environments. Some components of these bioaerosols, such as archaea, may play a role in the development of occupational respiratory diseases. These microorganisms can cause lung inflammation, the intensity depending on the species of archaea. We are just beginning to explore these archaea in our environment and to understand our response to these little known agents. Their role as protective, immunostimulatory, proinflammatory or tolerated agents merits further exploration.

ISBN

9782896317349

Mots-clés

Agriculture, Service de voirie, Sanitation service, Poussière organique, Organic dust, Poussière en suspension dans l'air, Airborne dust, Risque d'atteinte à la santé, Health hazard, Évaluation de l'exposition, Exposure evaluation, Immunoglobuline, Immunoglobulin, Affection des voies respiratoires supérieures, Upper respiratory disease, Échantillonnage et analyse, Sampling and analysis, Québec, Saskatchewan, Bioaérosol, Bioaerosol

Numéro de projet IRSST

0099-8640

Numéro de publication IRSST

R-827

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