Bactéries stimulées ou tuées par l'eau activée par plasma ?

Dans une étude publiée dans la revue Nature - npj Clean Water, des chercheurs de l'EPFL ont étudié la manière dont Escherichia coli réagit à différentes concentrations d'eau activée par plasma (PAW en anglais) dans des conditions riches en nutriments. L'équipe a combiné le comptage classique des unités formant colonie (UFC) avec la détection des nanomouvements, une technique qui permet de détecter les oscillations à l'échelle nanométrique produites par des bactéries métaboliquement actives.

La PAW est obtenue en exposant de l'eau à un plasma à basse température. Au cours de ce processus, des espèces réactives d'oxygène et d'azote sont générées et se dissolvent dans l'eau, ce qui lui confère ses propriétés antimicrobiennes. Cette technologie fait actuellement l'objet de recherches en vue d'applications allant de la désinfection et de la stérilisation à l'agriculture et à la biomédecine.

Une réponse bactérienne non monotone

Les chercheurs ont exposé E. coli à des concentrations croissantes de PAW diluée dans du bouillon de lysogénie, un milieu de culture riche en nutriments. À la concentration la plus élevée, la PAW a complètement inactivé les bactéries, entraînant une réduction de plus de huit ordres de grandeur par rapport à la population bactérienne initiale.

À des concentrations intermédiaires, cependant, la réponse s’est avérée nettement différente. À 62,5 % de PAW, le nombre de bactéries viables était environ deux fois supérieur à celui mesuré dans la condition témoin correspondante. Des mesures de nanomouvement ont révélé indépendamment une tendance similaire : l’activité bactérienne augmentait à des concentrations intermédiaires de PAW avant de chuter brusquement à des concentrations plus élevées.

« Cela montre que l’interaction entre les bactéries et l’eau activée par plasma ne se résume pas simplement à une inhibition croissante avec l’augmentation de la concentration », explique Fabio Avino, chercheur au Swiss Plasma Center et auteur correspondant de l’étude. « À des concentrations sublétales, les bactéries peuvent présenter une réponse physiologique accrue, tandis que des concentrations plus élevées conduisent finalement à leur inactivation. »

Au-delà de la simple survie bactérienne

La combinaison de ces deux techniques s’est avérée particulièrement importante pour cette étude. Le comptage des UFC mesure le résultat final de la prolifération bactérienne, tandis que la détection des nanomouvements fournit une mesure en temps réel de l’activité physiologique. Ces deux approches ont révélé, indépendamment l’une de l’autre, la même réponse biphasique globale.

Le mécanisme sous-jacent reste une question ouverte. La réponse observée est compatible avec un effet d’adaptation au stress ou de type hormèse, dans lequel une exposition modérée à des espèces réactives stimule l’activité cellulaire. Cependant, les chercheurs soulignent également que la PAW peut modifier la composition chimique du milieu nutritif, par exemple par l’oxydation de composés organiques ou par des changements de pH et de conditions redox. Les expériences actuelles ne permettent pas de distinguer complètement ces effets.

Implications pour la désinfection par plasma

Ces résultats soulignent l’importance de contrôler la concentration en PAW lors de l’utilisation d’eau activée par plasma dans des applications antimicrobiennes. Dans des environnements complexes et riches en nutriments, une concentration en PAW trop faible pourrait ne pas permettre l’inactivation microbienne et entraîner au contraire une augmentation transitoire de l’activité bactérienne.

L’étude démontre également le potentiel de la détection par nanomouvement en tant qu’outil rapide permettant d’étudier la manière dont les micro-organismes réagissent aux espèces réactives générées par le plasma. En détectant en temps réel les changements de l’activité physiologique bactérienne, cette technique pourrait compléter les mesures conventionnelles basées sur la culture lors de l’évaluation des conditions de traitement par plasma.