LIttoral ENvironnement et Sociétés (LIENSs) - UMR 7266

Mon projet de thèse s’inscrit dans un projet ANR (APPROve) qui a débuté en janvier 2019 pour 4 ans. L’objectif est de proposer, à travers un cas d’étude sur les métaux et l’espèce sentinelle Gammarus fossarum, un cadre pour formaliser le devenir et les effets des contaminants, en utilisant des modèles toxico-cinétiques prédictifs et des approches moléculaires de nouvelle génération. La surveillance de la qualité des milieux aquatiques repose sur le suivi de leur contamination chimique et de leur état écologique. Il est donc nécessaire de disposer d’indicateurs de contamination et d’effets sur les organismes pour mieux comprendre et prédire le devenir et l’impact des contaminants chimiques sur les écosystèmes. Les modèles TK/TD (toxico-cinétique/toxico-dynamique) permettent de décrire le lien entre l’exposition à un contaminant et ses effets sur les organismes. La toxico-cinétique (TK) décrit ce que l’organisme accumule en fonction de son exposition, et la toxico-dynamique (TD) fait le lien entre la fraction bio-accumulée et les effets. C’est donc un domaine qui présente un intérêt fort pour l’évaluation des risques environnementaux.

Illustration schématique des modèles TK/TD

(Source : cream-itn.eu creamwp wp content uploads aim)

Afin de cibler l’amélioration de la surveillance de la qualité de l’eau, APPROve vise à effectuer un transfert efficace vers la sphère opérationnelle d’outils de pointe pour la biosurveillance. La Directive européenne Cadre sur l’Eau (DCE) a récemment encouragé le développement de tels outils écotoxicologiques innovants, à travers des projets européens promouvant l’utilisation de bio-essais et de biomarqueurs dans l’évaluation de la qualité des eaux. A l’heure actuelle, ces outils écotoxicologiques ne sont pas, ou très peu, intégrés dans les stratégies de surveillance des écosystèmes aquatiques continentaux. Du fait du manque de génome de référence pour la plupart des espèces pertinentes d’un point de vue environnemental, les biomarqueurs couramment utilisés chez les invertébrés sont principalement des essais biochimiques indirects, préalablement validés chez les vertébrés. Cependant, nos connaissances actuelles sur la divergence moléculaire et la diversité des fonctions des protéines acquises au cours de l’évolution animale excluent la pertinence d’utiliser directement sur invertébrés les nombreux biomarqueurs dérivés des vertébrés. De plus, le fait que chaque essai soit spécifique d’un seul biomarqueur multiplie les travaux de laboratoire, les coûts, les échantillons biologiques et le temps nécessaires pour l’analyse d’un grand nombre de biomarqueurs, rendant impossible leur utilisation en routine. Enfin, chez la plupart des invertébrés, les mesures de biomarqueurs sont actuellement effectuées sur l’organisme entier (ou sur des pools d’organismes) ; cela conduit à une diminution de sensibilité des biomarqueurs, à cause de la dilution biologique et/ou des réponses spécifiques des tissus. Dans ce contexte, il est difficile de prédire et de fournir des informations sur les fonctions physiologiques altérées (organes).

Dans de nombreuses études toxicologiques sur invertébrés, le devenir des contaminants (organotropisme) est inconnu, n’a jamais été formalisé ni utilisé pour proposer une stratégie de développement de biomarqueurs. Cependant, l’accumulation et le devenir des contaminants dans les organismes (toxico-cinétique, TK) sont des processus essentiels qui régissent les effets toxiques aux niveaux individuel et sub-individuel (toxico-dynamique, TD). Dans ce contexte, comme cela a déjà été illustré chez les espèces marines, l’utilisation d’éléments radiomarqués constitue une réelle opportunité pour surveiller, décrire et modéliser avec précision le devenir des contaminants dans les organes d’invertébrés exposés à des concentrations réalistes pour l’environnement.

Photographie d’un spécimen de l’espèce Gammarus fossarum

(Source : ephoto.sk fotogaleria fotografie 54916 Gammarus fossarum)

Objectifs spécifiques du projet de thèse :

En tirant avantages de la radio-écotoxicologie et de la modélisation de type TK, le premier objectif est de décrire et de formaliser la cinétique d’accumulation et le devenir des métaux (organotropisme) chez notre espèce sentinelle Gammarus fossarum. Quatre métaux seront étudiés, deux essentiels (Ag et Zn) et deux non essentiels (Cd et Hg), du fait de leur pertinence environnementale et de la disponibilité des radiotraceurs. Les organes ciblés sont les gonades, le caecum digestif, les intestins, les branchies et le muscle.

Des modèles TK seront développés pour ces éléments à des concentrations réalistes du point de vue environnemental. In fine, un outil prédictif précis de la bioaccumulation des métaux par cette espèce sera proposé.

Nous étudierons également la dépendance à la concentration d’exposition, la contribution relative des sources de contamination (dissoutes et trophiques), ainsi que les effets des mélanges. Le deuxième objectif est de relier les effets des métaux étudiés par les autres partenaires du projet, afin de pouvoir relier l’accumulation et les effets aux niveaux moléculaire et individuel en formalisant leurs modulations corrélées au moyen d’un modèle TD.