SUJET DE THESE AU LEESU ET AU SIAAP
CDD · Thèse · 36 mois Bac+5 / Master Leesu · Créteil (France)
Date de prise de poste : 1 janvier 2025
Mots-Clés
bioinformatique virus pathogènes traitement tertiaire micropolluants
Description
Sujet de thèse au Leesu et au Siaap
Evaluation de l’efficacité du traitement tertiaire des rejets en station d’épuration sur les virus et les pathogènes
Contexte
La qualité des milieux aquatiques et de la ressource en eau peut être impactée par les rejets non traités et/ou insuffisamment traités. La persistance de contaminants qu’ils soient chimiques (ex. les produits de soins personnels, les pesticides, les produits chimiques perturbateurs endocriniens et les produits pharmaceutiques) ou biologiques (ex. les pathogènes, les virus et les bactéries résistantes aux antimicrobiens), dans les effluents traités des stations augmente la dissémination de ces polluants. Cela entraîne des effets néfaste pour la santé des écosystèmes, avec des conséquences nocives pour les organismes aquatiques (Santos et al. 2010; Hamilton et al. 2016), ainsi que pour la santé humaine, en dégradant la qualité des ressources pour la production d’eau potable et en augmentant les risques d’antibiorésistance (Alderton et al. 2021 ; van Hamelsveld et al. 2023).
De nombreuses technologies avancées ont été développées et utilisées dans les stations d’épuration (STEP) au cours des dernières décennies pour minimiser ce problème. Les techniques de filtration sur membrane ou d’adsorption sur charbon actif permettent la rétention des micropolluants dans le flux des eaux usées pour éliminer les micropolluants organiques (MPs). Cependant, le flux concentré et l'adsorbant épuisé doivent être gérés de manière appropriée dans un processus en aval, augmentant ainsi la complexité de ces techniques. La possibilité de mettre en œuvre des procédés d'oxydation avancés (AOP) basés sur des mécanismes d'oxydation non spécifiques, tels que l'ozonation et la radiation UV constitue une option qui a rencontré un succès variable. Cependant, leur exploitation à grande échelle implique des coûts d'exploitation élevés en raison de leurs fortes exigences énergétiques ou de leurs taux cinétiques plus faibles (de Boer et al. 2022; Kulišťáková 2023; Oladoye et al. 2024; Pei et al. 2019; Santos et al. 2010; Sun et al. 2023). Récemment, l’utilisation de l’acide performique (un peracide) émerge comme une piste prometteuse pour éliminer les MPs (Ragazzo et al. 2020; Campo et al. 2020; Zhang et al. 2020; Dong et al. 2022; Kiejza et al. 2021; Rocher and Azimi, 2021)
Au-delà des micropolluants organiques, une attention particulière doit également être portée à la contamination par les virus, les pathogènes et les pathogènes résistants aux antimicrobiens, qui constituent un problème majeur de santé publique au 21e siècle. Six principaux pathogènes associés à la résistance aux antimicrobiens (AMR), collectivement appelés pathogènes ESKAPE, ont été identifiés : Enterococcus spp., Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa et Enterobacter spp. Ces pathogènes étaient responsables de 3,57 millions de décès en 2019. De plus, l’émergence de « super-bactéries » multi-résistantes intensifie encore ce problème pressant (Laxminarayan et al. 2020; The Lancet 2022; The Lancet Infectious Diseases 2023). La présence de ces contaminants est particulièrement préoccupante dans les eaux usées urbaines, hospitalières, d’élevage et agricoles. Ces eaux rejoignent le réseau des eaux usées et sont soumises aux traitements mis en place au sein des stations d’épuration. L’inefficacité des traitements peut entraîner la propagation ces polluants biologiques dans le milieu récepteur. Alors que l’efficacité des traitements tertiaires pour l’élimination des MPs est bien étudiée, la capacité de ces traitements à réduire les virus et agents pathogéniques est moins documentée.
Le développement de différentes méthodes de séquençage à haut débit (metabarcording, metagenomique, metatranscriptomique) basées sur le génome (ADN, ARN) et la protéine permet d’identifier la composition des organismes et leur fonction. Parmi ces méthodes, la technique de « Shotgun Metagenomic Sequencing » avec « short-reads » (Illumina Mi/NetSeq) ou « long-reads » (Oxford Nanopore) est actuellement la plus utilisée pour étudier la composition des différentes groupes microbiens (eucaryote, bactérie, archaea, et virus) (Addis et al. 2016 ; Breitwieser, Lu, and Salzberg 2018; Anyansi et al. 2020; Maric and Šikic 2019). Des méthodes d’analyse métagénomique ont été employées au Leesu dans une thèse récente, permettant de caractériser avec précision les différentes communautés bactériennes dans les rejets non-traités et traités au PFA (Bagagnan 2024). Dans le cadre de cette proposition de thèse, les données issues de séquençage à haut débit devront être traités par des outils bio-informatiques afin d’évaluer l’efficacité des traitements des eaux sur les virus et les agents pathogéniques.
Objectifs et résultats attendus
L’objectif général de ce projet de thèse est d’évaluer l’efficacité des traitements tertiaires sur les virus et les agents pathogéniques.
Plus spécifiquement, il s’agira de :
- Créer un pipeline pour le traitement des données issues de l’analyse Shotgun en utilisant des outils bioinformatiques avancés
- Proposer une stratégie d’échantillonnage pertinente pour acquérir les données concernant les virus et les agents pathogéniques dans les filières de traitement des eaux usées du SIAAP et effectuer un suivi régulier des différents points d’échantillonnage.
- Comparer l’efficacité des traitements conventionnels et avancés existants au sein de stations d’épuration gérées par le Siaap incluant : le traitement avec le PFA à la station Seine Valenton (SEV), le traitement UV à la station Marne-Aval (MAV), le traitement par ozonation en pilote à la station SEC (Seine Centre), le traitement par membrane dans les stations Seine-Morée et Seine aval (SAV), et le traitement biologique dans les autres stations.
- Suivre et interpréter l’évolution temporelle des virus et agents pathogènes identifiés précédemment, avec un suivi à différentes fréquences : saisonnières, hebdomadaires, journalières et le long des différents points de prélèvement
Cadre et partenaires du projet
Cette thèse s’insère dans les actions de recherche du Leesu proposées dans le cadre de la Phase III (2023 – 2027) du programme Mocopée, en collaboration étroite avec le Service public de l’assainissement francilien (SIAAP), dont un des objectifs est d’améliorer la compréhension de l’efficacité de traitement des eaux dans les rejets de stations d’épuration sur les virus et les pathogènes. L’ADN des échantillons issus de différents traitements sera extraits et ensuite séquencé par un prestataire par des méthodes de métagénomique. Les séquences obtenues seront traitées par des outils bio-informatiques (kaiju, eggNOG-mapper, BWA-MEM, rgi et autres programmes bio-informatiques) permettant d’identifier taxonomiquement les virus et les pathogènes ainsi que leurs caractéristiques de virulence.
Profil souhaité
M2 en bio-informatique. Le candidat devra posséder une expérience en analyses de données omiques, des compétences en statistiques, ainsi que des connaissances de base du logiciel R. Une bonne connaissance de l’écologie microbienne, du traitement tertiaire avancé et des problématiques liées aux données métagénomiques sera considérée comme un atout.
Laboratoire d’accueil et encadrement
La thèse se déroulera au Laboratoire Eau Environnement et Systèmes Urbains (LEESU - Université Paris-Est Créteil et École des Ponts ParisTech), et au sein de la direction innovation du SIAAP. Au SIAAP, la thèse se déroulera pour les formations opérationnelles, les campagnes d’échantillonnage, les comités de pilotage du projet et les transferts de compétences opérationnelles.
- My Dung Jusselme, maîtresse de conférences UPEC, biologie moléculaire, microbiologie environnementale (jusselme@u-pec.fr)
- Régis Moilleron, Professeur du Leesu, chimie de l’environnement, hydrologie (moilleron@u-pec.fr)
- Julien Le Roux, maître de conférences UPEC, chimie analytique, outils statistiques et numériques, chimie de l’environnement (julien.le-roux@u-pec.fr)
- Sabrina Guérin, responsable innovation au SIAAP.
Références bibliographiques
Addis, M. F., A. Tanca, S. Uzzau, G. Oikonomou, R. C. Bicalho, and P. Moroni. 2016. “The Bovine Milk Microbiota: Insights and Perspectives from -Omics Studies.” Molecular BioSystems. doi:10.1039/c6mb00217j.
Alderton, Izzie, Barry R. Palmer, Jack A. Heinemann, Isabelle Pattis, Louise Weaver, Maria J. Gutiérrez-Ginés, Jacqui Horswell, and Louis A. Tremblay. 2021. “The Role of Emerging Organic Contaminants in the Development of Antimicrobial Resistance.” Emerging Contaminants. doi:10.1016/j.emcon.2021.07.001.
Anyansi, Christine, Timothy J. Straub, Abigail L. Manson, Ashlee M. Earl, and Thomas Abeel. 2020. “Computational Methods for Strain-Level Microbial Detection in Colony and Metagenome Sequencing Data.” Frontiers in Microbiology. doi:10.3389/fmicb.2020.01925.
“Bagagnan S (2024) . Désinfection Des Rejets de Stations d’épuration Par l’acide Performique et Suivi Des Communautés Microbiennes Du Milieu Récepteur En Agglomération Parisienne. Paris 12. Available at: Https://Www.Theses.Fr/S233944 [Accessed 12 March 202.” 2024. (March): 233944.
de Boer, Sabrina, Jorge González-Rodríguez, Julio J. Conde, and Maria Teresa Moreira. 2022. “Benchmarking Tertiary Water Treatments for the Removal of Micropollutants and Pathogens Based on Operational and Sustainability Criteria.” Journal of Water Process Engineering. doi:10.1016/j.jwpe.2022.102587.
Breitwieser, Florian P., Jennifer Lu, and Steven L. Salzberg. 2018. “A Review of Methods and Databases for Metagenomic Classification and Assembly.” Briefings in Bioinformatics. doi:10.1093/bib/bbx120.
Campo, Neus, Cecilia De Flora, Roberta Maffettone, Kyriakos Manoli, Siva Sarathy, Domenico Santoro, Rafael Gonzalez-Olmos, and Maria Auset. 2020. “Inactivation Kinetics of Antibiotic Resistant Escherichia Coli in Secondary Wastewater Effluents by Peracetic and Performic Acids.” Water Research 169. doi:10.1016/j.watres.2019.115227.
Chhetri, Ravi Kumar, Dines Thornberg, Jesper Berner, Robin Gramstad, Ulrik Öjstedt, Anitha Kumari Sharma, and Henrik Rasmus Andersen. 2014. “Chemical Disinfection of Combined Sewer Overflow Waters Using Performic Acid or Peracetic Acids.” Science of the Total Environment. doi:10.1016/j.scitotenv.2014.05.079.
Dong, Guihua, Bing Chen, Bo Liu, Lindsay J. Hounjet, Yiqi Cao, Stanislav R. Stoyanov, Min Yang, and Baiyu Zhang. 2022. “Advanced Oxidation Processes in Microreactors for Water and Wastewater Treatment: Development, Challenges, and Opportunities.” Water Research. doi:10.1016/j.watres.2022.118047.
Gehr, R., D. Chen, and M. Moreau. 2009. “Performic Acid (PFA): Tests on an Advanced Primary Effluent Show Promising Disinfection Performance.” Water Science and Technology. doi:10.2166/wst.2009.761.
van Hamelsveld, Sophie, Farideh Jamali-Behnam, Izzie Alderton, Brigitta Kurenbach, Andrew W. McCabe, Barry R. Palmer, Maria J. Gutiérrez-Ginés, et al. 2023. “Effects of Selected Emerging Contaminants Found in Wastewater on Antimicrobial Resistance and Horizontal Gene Transfer.” Emerging Contaminants. doi:10.1016/j.emcon.2023.100257.
Hamilton, Patrick B., Ian G. Cowx, Marjorie F. Oleksiak, Andrew M. Griffiths, Mats Grahn, Jamie R. Stevens, Gary R. Carvalho, Elizabeth Nicol, and Charles R. Tyler. 2016. “Population-Level Consequences for Wild Fish Exposed to Sublethal Concentrations of Chemicals – a Critical Review.” Fish and Fisheries. doi:10.1111/faf.12125.
Kiejza, Dariusz, Urszula Kotowska, Weronika Polińska, and Joanna Karpińska. 2021. “Peracids - New Oxidants in Advanced Oxidation Processes: The Use of Peracetic Acid, Peroxymonosulfate, and Persulfate Salts in the Removal of Organic Micropollutants of Emerging Concern − A Review.” Science of the Total Environment. doi:10.1016/j.scitotenv.2021.148195.
Kulišťáková, Alena. 2023. “Removal of Pharmaceutical Micropollutants from Real Wastewater Matrices by Means of Photochemical Advanced Oxidation Processes – A Review.” Journal of Water Process Engineering. doi:10.1016/j.jwpe.2023.103727.
Laxminarayan, Ramanan, Thomas Van Boeckel, Isabel Frost, Samuel Kariuki, Ejaz Ahmed Khan, Direk Limmathurotsakul, D. G.Joakim Larsson, et al. 2020. “The Lancet Infectious Diseases Commission on Antimicrobial Resistance: 6 Years Later.” The Lancet Infectious Diseases. doi:10.1016/S1473-3099(20)30003-7.
Maric, J., and M. Šikic. 2019. “Approaches to Metagenomic Classification and Assembly.” In 2019 42nd International Convention on Information and Communication Technology, Electronics and Microelectronics, MIPRO 2019 - Proceedings, doi:10.23919/MIPRO.2019.8756644.
Nabintu Kajoka, Christelle, Johnny Gasperi, Stephan Brosillon, Emilie Caupos, Emmanuelle Mebold, Marcos Oliveira, Vincent Rocher, Ghassan Chebbo, and Julien Le Roux. 2023. “Reactivity of Performic Acid with Organic and Inorganic Compounds: From Oxidation Kinetics to Reaction Pathways.” ACS ES and T Water. doi:10.1021/acsestwater.3c00279.
Oladoye, Peter Olusakin, Mohammed Kadhom, Idrees Khan, Kosar Hikmat Hama Aziz, and Yakubu Adekunle Alli. 2024. “Advancements in Adsorption and Photodegradation Technologies for Rhodamine B Dye Wastewater Treatment: Fundamentals, Applications, and Future Directions.” Green Chemical Engineering. doi:10.1016/j.gce.2023.12.004.
Pei, Mengke, Bo Zhang, Yiliang He, Jianqiang Su, Karina Gin, Ovadia Lev, Genxiang Shen, and Shuangqing Hu. 2019. “State of the Art of Tertiary Treatment Technologies for Controlling Antibiotic Resistance in Wastewater Treatment Plants.” Environment International. doi:10.1016/j.envint.2019.105026.
Ragazzo, Patrizia, Nicoletta Chiucchini, Valentina Piccolo, Monica Spadolini, Stefano Carrer, Francesca Zanon, and Ronald Gehr. 2020. “Wastewater Disinfection: Long-Term Laboratory and Full-Scale Studies on Performic Acid in Comparison with Peracetic Acid and Chlorine.” Water Research. doi:10.1016/j.watres.2020.116169.
“Rocher V. and Azimi S. Effectiveness of Disinfecting Wastewater Treatment Plant Discharges: Case of Chemical Disinfection Using Performic Acid. IWA Publishing.”
Santos, Lúcia H.M.L.M., A. N. Araújo, Adriano Fachini, A. Pena, C. Delerue-Matos, and M. C.B.S.M. Montenegro. 2010. “Ecotoxicological Aspects Related to the Presence of Pharmaceuticals in the Aquatic Environment.” Journal of Hazardous Materials. doi:10.1016/j.jhazmat.2009.10.100.
Sun, Wenyu, Huiyu Dong, Yan Wang, Shule Duan, Wenxiang Ji, Huiting Huang, Junnong Gu, and Zhimin Qiang. 2023. “Ultraviolet (UV)-Based Advanced Oxidation Processes for Micropollutant Abatement in Water Treatment: Gains and Problems.” Journal of Environmental Chemical Engineering. doi:10.1016/j.jece.2023.110425.
The Lancet. 2022. “Antimicrobial Resistance: Time to Repurpose the Global Fund.” The Lancet. doi:10.1016/S0140-6736(22)00091-5.
The Lancet Healthy Longevity. 2023. “Tackling Antimicrobial Resistance to Protect Healthy Ageing.” The Lancet Healthy Longevity. doi:10.1016/S2666-7568(23)00218-0.
The Lancet Infectious Diseases. 2023. “Antimicrobial Resistance through the Looking-GLASS.” The Lancet Infectious Diseases. doi:10.1016/S1473-3099(23)00012-9.
Zhang, Tianqi, Ting Wang, Benjamin Mejia-Tickner, Jessica Kissel, Xing Xie, and Ching Hua Huang. 2020. “Inactivation of Bacteria by Peracetic Acid Combined with Ultraviolet Irradiation: Mechanism and Optimization.” Environmental Science and Technology 54(15): 9652–61. doi:10.1021/acs.est.0c02424.
Candidature
Procédure : Merci de nous envoyer une lettre de motivation, un CV, le relevé des notes de M1 et M2 ainsi que les coordonnées de personnes référentes My Dung Jusselme, (jusselme@u-pec.fr) Julien Le Roux, (julien.le-roux@u-pec.fr)
Date limite : 30 juillet 2024
Contacts
jusselme@u-pec.fr
juNOSPAMsselme@u-pec.fr
Offre publiée le 12 juillet 2024, affichage jusqu'au 30 juillet 2024