Metabolic programming of zebrafish, Danio rerio uncovered : Physiological performance as explained by Dynamic Energy Budget Theory and life-cycle consequences of uranium induced perturbations

par Starrlight Augustine

Thèse de doctorat en Environnement et Santé

Soutenue le 23-04-2012

à Aix-Marseille , dans le cadre de Ecole Doctorale Sciences de l'Environnement (Marseille) .


  • Résumé

    Ce travail de thèse s'est intéressé aux effets de l'uranium appauvri (U) sur le poisson zèbre, Danio rerio. L'hypothèse de travail majeure est que les effets de l'U peuvent se traduire par des modifications du métabolisme. Par conséquent nous avons caractérisé la performance physiologique par le biais de la théorie des bilans d'énergie dynamique (DEB) car c'est la seule théorie qui quantifie simultanément l'ingestion, l'assimilation, la croissance, la reproduction, la maturation, la maintenance et le vieillisse¬ment au cours du cycle de vie entier à des niveaux de nourriture variable. Un modèle DEB a ainsi été construit et a permis de quantifier et de prédire la manière dont la performance physiologique du poisson zèbre dépend de son niveau de nutrition (et de la température). Nous avons montré que le développement s'accélère après la naissance jusqu'à la métamorphose où l'accélération cesse. De plus les coûts de maintenance somatique sont très élevés.Un module spécifiant la toxico-cinétique de l'U, chez un individu qui se nourrit, croit et se reproduit, a été incorporé dans le modèle DEB. Le modèle a été appliqué aux données de toxicité (publiés et acquis pendant la thèse) afin de découvrir quel processus est affecté par l'U. Les résultats montrent qu'à partir de 0 nM, l'U augmenterait les coûts de croissance et diminuerait l'assimilation et/ou augmenterait le coût de la maintenance somatique. Nous n'avons pas pu détecter d'effets notables sur la maturation. Une étude histologique révèle que l'U altère l'intégrité de la paroi intestinale et pourrait perturber l'homéostasie des interactions hôte-bactéries.


  • Résumé

    The aim of this dissertation is to characterize the toxicity of depleted uranium (U) on the metabolism of zebrafish, Danio rerio. The underlying hypothesis of this work is that effects of U show up as effects on the metabolism of the individual. Consequently, we characterized physiological performance using Dynamic Energy Budget (DEB) theory since it is the only theory which simultaneously specifies ingestion, assimilation, growth, reproduction, maturation, maintenance and ageing over the whole life-cycle at varying food availability. Thus a DEB model was built which quantifies and predicts how the physiological performance of zebrafish relates to food level (and temperature). We showed that development accelerates after birth until metamorphosis after which acceleration ceases. Furthermore, somatic maintenance costs are very high.A module specifying toxico-kinetics of U in a feeding, growing and reproducing individual was incorporated into the DEB model. The model was then applied to toxicity data (from the literature or acquired during this thesis) in order to determine which processes are affected by U. Our results show that, from 0 nM onwards, U increases costs for growth and either increases somatic maintenance or decreases assimilation. We were unable to detect effects on maturation. A histological study showed that U alters histology of the gut wall and may perturb host-microbe homeostasis. By accounting for differences in initial conditions between individuals we were able to explain a number of seemingly contradictory results. The take home message is: observations on individuals should not be averaged for groups of individuals.


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  • Détails : 1 vol. (182 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.[129]-140

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