Présentation de NAUTIQUE

Programme scientifique de recherche de l’origine des contaminations de la base de loisir de Champs-sur-Marne

Partenaires

• Leesu : Françoise LUCAS
• CD93 : Laure HUGUENARD
• Eau de Paris : Laurent MOULIN
• LRSFS : Karim DAOUD
• Laboratoire d’écologie microbienne de Lyon : Benoit COURNOYER
• School of fresh water, Univ. of Wisconsin  : Adélaïde ROGUET

Résumé

Les activités récréationnelles de la base de Loisirs de Champs-sur-Marne sont régulièrement affectées par des problèmes de contaminations des eaux par des pathogènes d’origine fécale. L’enjeu pour le Département de la Seine-Saint-Denis est d’identifier l’origine de ces contaminations afin d’apporter des solutions techniques d’aménagement et de gestion favorables à l’amélioration de la qualité de l’eau et compatibles avec une activité de baignade. Des campagnes d’échantillonnage et d’analyses ont été menées avant et après l’ouverture estivale de la base de loisir afin de rechercher les sources de contamination par méthodes de culture et par méthodes de biologie moléculaire. Les résultats ont permis d’améliorer nos connaissances sur les niveaux d’indicateurs de contamination fécale, et sur les pathogènes viraux et bactériens présents. De plus, les contaminations fécales provenant des oiseaux aquatiques et des chiens ont pu être mises en évidence sur l’ensemble du lac et sur les baignades, alors que les contaminations d’origine humaines n’étaient pas détectables.

1. Problématique et présentation du projet

La base de loisirs de Champs-sur-Marne, propriété du Département de la Seine-Saint-Denis, accueille de nombreux enfants. Elle pourrait à terme être le support d’activités pour le grand public. A ce titre, les conditions de poursuite de la baignade et des activités nautiques sont à l’étude. Le site subit régulièrement des problèmes de présence de cyanobactéries et de bactéries pathogènes venant largement contraindre ces activités, notamment la baignade. Dans le cadre de ce projet, il s’agit de tester l’hypothèse de la contamination bactériologique par les oiseaux aquatiques qui fréquentent en masse la base de loisir, avant même toute présence humaine.

Base de loisir de Champs-sur-Marne

Base de loisir de Champs-sur-Marne : Grande baignade

Base de loisir de Champs-sur-Marne : Grande baignade

2. Objectifs

Afin de valider cette hypothèse, un programme d’échantillonnage et d’analyses a été défini et mis en place pour quantifier les pathogènes et rechercher les sources de contaminations humaines et animales.

Base de loisir de Champs-sur-Marne : Cygnes

Une approche innovante de type “Microbial Source Tracking” (MST), fondée sur la quantification par PCR temps réel (qPCR) dans l’eau et les sédiments de marqueurs bactériens spécifiques du tube digestif de différentes espèces animales (oies bernaches, mouettes, chiens) et humaines, a été adoptée. Cette approche a été complétée par la comparaison des communautés bactériennes issues des différentes sources fécales potentielles et des échantillons d’eau des zones de baignade (séquençage haut débit de la région V6 du gène de l’ARNr 16S). Ces analyses permettent de déterminer l’origine de la contamination bactériologique et en particulier la contribution de l’avifaune. De plus, le niveau de contamination bactérienne des eaux, des plages et des sédiments des zones baignables est comparé à celui du plan d’eau en quantifiant les indicateurs de contamination fécale (Escherichia coli, entérocoques intestinaux), Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, salmonelles, et Campylobacter jejuni.

Ce programme expérimental est une première sur un plan d’eau urbain en Ile de France. Il est fondé sur des analyses biomoléculaires nécessitant une mise au point des techniques utilisées.

3. Organisation

Deux campagnes de prélèvements ont eu lieu fin juin et fin aout 2015. Les ensemencements ont été effectués immédiatement.

Base de loisir de Champs-sur-Marne : Collecte de sédiments

Les ADN ont été extraits en octobre-novembre 2015. Les méthodes de qPCR ont été mises en place en novembre et décembre 2015 lors d’un stage de BTS et validées en janvier et février 2016. Les analyses des marqueurs spécifiques ont été réalisées de mars à juin 2017. Les ADN extraits de sources (oiseaux, chien, chat, lapin...) ainsi que ceux extraits des prélèvements sur site ont été envoyés en séquençage en octobre 2017.

4. Calendrier

5. Financement

• CD93
• UPEC pour le Leesu

NAUTIQUE presentation

Scientific research program on the contamination origin of the Champs-sur-Marne recreational site

Partners

• Leesu : Françoise LUCAS
• CD93 : Laure HUGUENARD
• Eau de Paris : Laurent MOULIN
• LRSFS : Karim DAOUD
• Laboratory of microbial ecology at Lyon : Benoit COURNOYER
• School of fresh water, Univ. of Wisconsin  : Adélaïde ROGUET

Summary

Recreational activities of the Champs sur Marne leisure area are regularly affected by problems of water contamination by pathogens from fecal origin. The challenge for the Seine-Saint-Denis Department is to identify the origin of these infections to provide technical development and management solutions favorable to the improvement of the water quality and compatible with bathing activity. Sampling and analyses campaigns were conducted before and after the summer opening of the leisure area in order to search for contamination sources by cultivation and molecular biology methods. The results provided new insight into the indicators of fecal contamination levels and into the viral and bacterial pathogens present in the lake. In addition, fecal contamination from the aquatic birds, and dogs, could be detected in the whole Lake, including the bathing areas, while human contaminations were not detectable.

1. Issue and presentation of the project

The recreational park, property of the Seine-Saint-Denis Department, welcomes many children. It could ultimately be the support of activities for the general public. As such, the conditions of continued swimming and water activities are being investigated. The site undergoes regular presence of cyanobacteria and pathogenic bacteria problems which greatly hinder these activities, including swimming. A part of this project is to test the hypothesis of bacteriological contamination by aquatic birds massively occupying the leisure base, before even any human presence.

Champs-sur-Marne recreational site

Champs-sur-Marne recreational site : Large swimming area

Champs-sur-Marne recreational site : Large swimming area

2. Objectives

In order to validate this hypothesis, a sampling and analysis program was defined and implemented to quantify pathogens and find the sources of human and animal fecal contaminations.

Champs-sur-Marne recreational site : Swans

Two innovative Microbial Source Tracking (MST) approaches were adopted. The first approach relies on the quantification by real-time PCR (qPCR) in water and sediment of bacterial specific markers of the digestive tube of different animal species (geese, seagulls, dogs) and human. It was complemented by a second method which compares the bacterial communities of different potential fecal sources and samples of water in bathing areas (high-throughput sequencing of the V6 region of the 16S rRNA gene). These analyses allow determining the origin of the bacteriological contamination and especially the contribution of the avifauna. In addition, the level of bacterial contamination of waters, beaches and swimming areas sediments was compared to the water by quantifying indicators of fecal contamination (Escherichia coli, intestinal enterococci), Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, salmonella, and Campylobacter jejuni. The measurements were made by the LEESU by cultivation or qPCR and by 16S rRNA gene sequencing.

3. Organization

Two sampling campaigns took place late June and late August 2015. The bacterial culture plates were inoculated immediately and physico-chemical parameters were mainly measured in situ except for organic carbon and suspended matter that were analyzed in the laboratory. A report of the physicochemical and microbiological results (cultures and viruses) was delivered in October 2015.

Champs-sur-Marne recreational site : Sediment sampling

The DNA was extracted in October-November 2015. qPCR methods were set up in November and December 2015 during a BTS training and validated in January and February 2016. A midterm deliverable including the internship report and validation of qPCR methods was released in February 2016. The analysis of specific markers was conducted from March to June 2017. The DNA extracted from sources (birds, dog, cat, rabbit...) as well as those retrieved from samples on site were sent to the sequencing facility in October 2017. The last deliverable in early 2018 will include sequencing analysis and a summary of MST results.

4. Calendar

5. Financing

• CD93
• UPEC for Leesu