Développement de tests embryonnaires prédictifs d’effets toxiques précoces et tardifs pour des molécules hydrophobes

par Prescilla Perrichon

Thèse de doctorat en Biologie de l'environnement, des populations, écologie

Sous la direction de Paco Bustamante.

Le président du jury était Catherine Mouneyrac.

Le jury était composé de Paco Bustamante, Patrice Gonzalez, Alain Geffard, Stéphane Le Floch, Farida Akcha.

Les rapporteurs étaient Patrice Gonzalez, Alain Geffard.


  • Résumé

    Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont des polluants ubiquistes dont le niveau d’émission est en constante augmentation en raison de l’intensification des activités anthropiques. Ces composés semi-persistants dans l’environnement représentent une menace pour les organismes. La santé et l’équilibre des systèmes naturels sont essentiels au maintien de la vie et au fonctionnement de la société. L’évaluation de l’impact de ces composés est alors devenue un véritable enjeu sociétal, établissant ainsi des mesures européennes législatives (Directive Cadre sur l’Eau) et réglementaires (REACH, enregistrement, évaluation, autorisation et restriction de produits chimiques) pour une meilleure gestion des risques (éco)toxicologiques. Dans ce contexte, de nombreux biotests ont vu le jour afin d’évaluer la dangerosité des substances chimiques (ou de leurs mélanges), la qualité du milieu environnant et de comprendre les mécanismes d’action toxique sur les organismes. L’objectif de cette étude était alors de définir les risques (éco)toxicologiques liés à des expositions par les HAP à travers des tests embryo-larvaires de poisson, utilisant un modèle éprouvé, le poisson zèbre Danio rerio. Afin d’évaluer le transfert, le devenir et les effets toxiques de HAP, deux approches complémentaires (chimique et biologique) ont été utilisées. Les réponses biologiques induites ont été évaluées à différents niveaux d’intégration biologique, des réponses moléculaires (stress oxydatif, dommages à l’ADN, EROD) aux modifications comportementales (Réponse PhotoMotrice), en passant par des altérations morphologiques et physiologiques (rythme cardiaque). Parmi les trois voies de contamination utilisées, l’exposition par contact avec le sédiment ne s’est pas révélée appropriée pour l’évaluation de la toxicité de HAP, contrairement aux expositions par voie aqueuse à partir de fractions hydrosolubles de produits pétroliers, qui sont plus reproductibles, intégratives et révélatrices des effets toxiques à plusieurs échelles. Suite à ces expérimentations, le champ d’observation des effets induits devrait être élargi au-delà des temps normalisés par l’Organisation de Coopération et de Développement Économique afin de ne pas sous-estimer le caractère létal du ou des composé(s) exposés. De plus, notre étude multigénérationnelle a mis en évidence des perturbations physiologiques et comportementales chez la première génération de descendance issue de parents contaminés par voie trophique à trois extraits aromatiques d’origine pyrolytique et pétrogénique (lourd et léger). Bien que le transfert de la contamination n’a pas été révélé, les altérations observées (probablement dues à des modifications génétiques et épigénétiques) chez les stades précoces de poisson zèbre, pourraient avoir des conséquences néfastes sur la survie et le recrutement des populations. Les études multigénérationnelles constituent ainsi des approches intégrées pour l’évaluation de la toxicité des composés exposés et permettent de renforcer le caractère prédictif des effets. Ces études écotoxicologiques devraient être largement déployées afin d’évaluer le potentiel qu’une population exposée a pour se maintenir dans le futur.

  • Titre traduit

    Development of embryo-larval assays to predict early and later toxic effects of hydrophobic substances


  • Résumé

    PAHs are ubiquitous widespread contaminants which emissions are overgrowing with increasing anthropogenic activities. These semi-persistent chemicals are threatening organisms in the environment. Ecosystems health and resilience are essential to life and societal functioning. Impact assessment of these chemicals is a real requirement for society thereby establishing the european legislative (DCE, Water Framework Directive) and regulations (REACH, Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals) for better (eco)toxicological risk management. In this context, many bioassays have been developed to assess environmental quality, the toxicity of chemicals (including mixture) on organisms and its underlying mechanisms. This study aimed to identify (eco)toxicological risks in the context of fish embryo-larval assay, using a relevant and well-known model : the zebrafish Danio rerio. Two complementary approaches (chemical and biological) were used to assess transfer, fate and toxicity of PAHs. Induced-responses were evaluated at different levels of biological organization, from molecular (oxidative stress, DNA damage, EROD) to physiological (cardiac activity), behavioral (PhotoMotor Response) and morphological levels. Among the three exposure routes tested, the sediment contact exposure was not suitable for PAHs toxicity assessment. In contrast, exposures to water-accommodated fractions (WAF) of petroleum products represented a more reproducible, sensitive and integrative approach for testing multiscale toxic effects. Following these experiments, the observation scope of induced effects should be broadened beyond the standard duration recommended by the Organization for Economic Cooperation and Development in order not to underestimate the acute effect of the tested-compounds. Furthermore, our multigenerational study showed physiological and behavioral disturbances on the first generation of offspring providing from parents exposed to contaminated-food with three aromatic extracts pyrolytic and petrogenic origin (heavy and light). Although the contamination transfer of PAHs has not been revealed, the observed alterations (probably due to a transfer through genetic and epigenetic modifications) in the early stages of zebrafish could have adverse effects on survival and recruitment populations. Multigenerational studies prove to be an integrated approach for the toxicity assessment of chemicals and strengthen the predictive effects. These ecotoxicological studies should be widely undertaken to evaluate the potential for exposed-population to maintain in the future time.


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