Reprotoxic effects of microcystins and secondary metabolites produced by cyanobacteria Microcystis in adult medaka fish

par Qin Qiao

Thèse de doctorat en Biologie et ecotoxicologie aquatique

Sous la direction de Benjamin Marie et de Cécile Bernard.

Soutenue le 16-12-2016

à Paris, Muséum national d'histoire naturelle , dans le cadre de École doctorale Sciences de la nature et de l'Homme. Évolution et écologie (Paris) , en partenariat avec Molécules de Communication et Adaptation des Micro-organismes (MCAM)UMR 7245 CNRS MNHN (laboratoire) et de UMR 7245 - Molécules de Communication et Adaptation des Micro-organismes (MCAM) (laboratoire) .

Le président du jury était Valérie Fessard.

Le jury était composé de Claudia Wiegand, Luděk Bláha, Xuezheng Zhang.

Les rapporteurs étaient Claudia Wiegand.

  • Titre traduit

    Effets reprotoxiques des microcystines et des métabolites secondaires produits par les cyanobactéries du genre Microcystis chez le poisson medaka adulte


  • Résumé

    Les efflorescences de cyanobactéries sont susceptibles d’avoir des effets néfastes sur les organismes des écosystèmes aquatiques, ainsi que sur les populations environnantes, notamment à travers la production de nombreuses molécules potentiellement toxiques (appelées cyanotoxines). Jusqu'à présent, une des cyanotoxines les plus étudiées est la microcystine (MC). Cette thèse a pour objectif d’évaluer la toxicité potentielle sur la reproduction de la MC-LR et de l'extrait d'une souche de Microcystis productrice de MCs en étudiant leurs effets toxiques sur le foie et les gonades de poissons medaka adultes exposés de manière aiguë ou chronique.Une étude complète du foie des poissons médaka deux sexes a été menés par ailleurs, attestant d'un fort dimorphisme sexuel aussi bien au niveau cellulaire que moléculaire et souligne les importantes spécificités métaboliques du foie entre les deux sexes, notamment pour le maintien de la compétence de reproduction chez les poissons medaka adultes femelles.Dans l'étude des effets induits par une exposition aiguë, les poissons medaka adultes ont été exposés par gavage à 10 μg.g-1 bw de MC-LR pure pendant 1 heure. L'examen histologique et l'immunolocalisation des MCs du foie de poisson traité par la MC-LR ont révélé des lésions hépatiques sévères ainsi qu'une distribution intense de la MC-LR dans le foie, localisée particulièrement dans le cytoplasme et dans le noyau des hépatocytes. Dans la gonade des poissons traités, la MC-LR a été détectée dans les tissus conjonctifs de l'ovaire et des testicules. De plus, l’observation par microscopie électronique couplé à la technique d’immunogold a révélé, pour la première fois, que la MC-LR était également détectable dans le chorion, le cytoplasme et le vitellus des ovocytes matures.Au cours des études des effets induits par l’exposition chronique, les poissons medaka adultes ont été exposés durant 28 jours par balnéation à 1 et 5 μg.L-1 de MC-LR et à un extrait de la souche de Microcystis aeruginosa (PCC 7820) productrice de microcystines (5 μg.L-1 équivalent MC-LR). Ces résultats ont révélé que la MC-LR et l'extrait de Microcystis induisent des effets délétères sur différents paramètres de reproduction, tels la fécondité et le taux d’éclosion des embryons. La cause principale de ces perturbations de la reproduction semblent principalement résulté d’un dysfonction hépatique globale induite par les traitements aux MCs (hépatotoxiques, notoires), plutôt qu’à des effets directs sur les gonades. Dans l'ensemble, les résultats de cette thèse démontrent que même si les microcystines pourraient avoir un impact direct, mais modéré, sur la fonction gonadique en induisant une cytotoxicité dans les cellules somatiques gonadiques et les cellules reproductrices, elle semble avoir principalement avoir un impact indirect sur la fonction reproductrice en perturbant la fonction hépatique générale. Ces données améliorent notre compréhension des processus liés à la toxicité potentielle des cyanotoxines pour la reproduction chez un poisson modèle, et fait d’une manière générale progresser questionnement quant à la protection des populations exposées à ces cyanotoxines.


  • Résumé

    Cyanobacterial blooms threaten human health as well as other living organisms of the aquatic environment, particularly due to the production of natural toxic components (called cyanotoxins). So far, one of the most studied cyanotoxins is the microcystin (MC). This thesis evaluated the potential reproductive toxicity of MC-LR and the extract of one Microcystis strain (MC-producing) by investigating their toxic effects on the liver and gonad of adult medaka fish with one acute and one chronic study.An investigation of the metabolic specificities of the liver in two genders of medaka fish was performed prior to the MC-containing exposure, which attests to a strong sexual dimorphism of medaka liver, and highlights the importance of metabolic adjustments of the liver for maintaining the reproductive competency in adult medaka fish.In the acute study, adult medaka fish were administered with 10 μg.g-1 bw of pure MC-LR for 1 hour by gavage. The histological examination and immunolocalization of the MC-treated fish liver revealed a severe liver lesion along with an intense distribution of MC-LR in the liver, being particularly localized in the cytoplasm and nucleus of hepatocytes. In the gonad of MC-treated fish, MC-LR was shown to be present in the connective tissue of ovary and testis. Additionally, immunogold electron microscopy, for the first time, revealed that MC-LR was also localized in the chorion, cytoplasm and yolk vesicles of oocytes.Overall, the results of this thesis demonstrates that MC might directly impact gonadal function by inducing cytotoxicity in gonadal somatic cells and reproductive cells, and it could also impact the reproductive function indirectly by disturbing the general liver function. This improves our understanding of the potential reproductive toxicity of cyanotoxins in model fish, and advances our current knowledge on the protection of aquatic organism populations as well as human health from cyanotoxin issues.


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