La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

Toxicologie de lenvironnement TXL 6014 Notions de bioindicateurs et biomarqueurs en écotoxicologie Bernadette Pinel-Alloul 19 décembre 2005.

Présentations similaires


Présentation au sujet: "Toxicologie de lenvironnement TXL 6014 Notions de bioindicateurs et biomarqueurs en écotoxicologie Bernadette Pinel-Alloul 19 décembre 2005."— Transcription de la présentation:

1 Toxicologie de lenvironnement TXL 6014 Notions de bioindicateurs et biomarqueurs en écotoxicologie Bernadette Pinel-Alloul 19 décembre 2005

2 Suivi des effets des contaminants sur lenvironnement Expériences: exposition à des [...] élevées court terme (24-92h) état déquilibre non-atteint Observations: exposition chronique in situ long terme (400 j – 10 ans) état déquilibre atteint Tests de toxicité en laboratoire Expériences in situ Suivi sur le terrain Réalisme environnemental Contrôle expérimental Conditions contrôlées Manque de réalisme Pas de facteurs confondants Conditions peu contrôlées Meilleur réalisme Plus de facteurs confondants

3 Bioindicateurs-biomoniteurs zÉCOLOGIE: Organismes caractéristiques dun type dhabitat ou de conditions environnementales (bioindicateurs: présence-absence). yConditions: acidification, eutrophisation, eaux courantes, lacs. yTrès utiles en reconstruction paléolimnologique de lévolution des lacs et pour la surveillance écologique de létat des lacs. zÉCOTOXICOLOGIE: Organismes sentinelles reflétant les niveaux de pollution ambiants (biomoniteurs) et permettant de surveiller et mesurer la bioaccumulation des polluants dans les communautés vivantes. yTrès utiles pour le biomonitoring de la contamination et des effets des polluants dans les milieux récepteurs.

4 Exposition Dose interne Dose biologiquement active Structure/fonction altérées Effet biologique précoce État de santé Biomoniteur Biomarqueur dexposition Biomarqueur deffet Signal recherché Pertinence écotoxicologique

5 Bioindicateurs et biomarqueurs zAlgues yDiatomées, Chrysophycées zMoules, Insectes yMoules deau douce: Pyganodon, Elliptio, yLarves dinsectes : Hexagenia, Chaoborus zCrustacés, Vers yAmphipodes: Hyalella azteca y Oligochètes: Limnodrilus sp. zPoissons yPerchaude, Brochet zBiomarqueurs biochimiques ycharge énergétique: ATP, ADP, AMP yEnzymes (glutation, malondialdehyde) yMétallothionéine zBiomarqueurs physiologiques yTaux de respiration yFacteur de condition yHepatosomatic index zDifformités morphologiques yDiptères Chironomides zTumeurs labiales yPoissons benthiques

6 Critères dun bioindicateur zEspèce tolérante à la pollution qui peut bioaccumuler les contaminants yindicateur dexposition et deffet sous-létal (mollusques > crustacés > poissons) zEspèce très sensible à la pollution yindicateur précoce dalarme (insectes aquatiques, truites) zEspèce cosmopolite et commune zEspèce abondante et facile à récolter et reconnaître zEspèce sessile, de grande taille, à biologie connue zEspèce facile à transplanter et à utiliser en laboratoire zEspèce clé au sein des réseaux trophiques zPopulation représentative zGrande longévité

7 Critères dun bioindicateur zLes relations entre la concentration de contaminant bioaccumulé et la concentration de contaminant dans le milieu (ou nourriture) doivent être identiques pour tous les individus de même taille ou de même âge de lespèce bioindicatrice. Source: Rask et al. (1994)

8 Critères dun bioindicateur Source: Hare, 1992, Crit. Rev. Toxicol. 22: Variabilité saisonnière bien établie : choix des périodes stables

9 Mollusque pélécypodes Unionidés Elliptio complanata Saint Laurent: métaux Pyganodon grandis grandis Lacs miniers: métaux Lampsilis radiata

10 Types de bioindicateurs Source: Beeby Environ. Pollut. 112:

11 Organismes sentinelles zLichens (smog réducteur: SO 2 ) zMoules et bivalves yMytilus edulis (métaux) yUnionidés (métaux) zVers marins yCapitella (métaux, organiques) zRatio yNématodes/Copépodes zPoissons coralliens zAlgues zInvertébrés benthiques zGastéropodes zBivalves zCrustacés zVers Oligochètes yTubificidés zInsectes aquatiques yDiptères Chironomides yTrichoptères, Plécoptères

12 Emploi relatif des bioindicateurs Pollution par les métaux Pollution organique Pollution acide Bactéries coliformes: eaux usées

13 Système des Saprobies Pollution organique - Europe *Très bonne connaissance taxonomique Peu pollué Très pollué

14 Milieux polysaprobes Protozoaires Amibe nue Nématodes Vers Ciliés Vorticella Oligochètes Diptères Chironomides Cyanobactéries toxiques

15 Milieux mesosaprobes Ciliés Paramécies Protozoaires Gastéropodes Planaires Isopodes Sangsues Diptères Simulidés Megaloptères Pisidium Algues vertes

16 Milieux mesosaprobes Protozoaires Carchesium Gastéropodes Amphipodes Ephémères Trichoptères Algues diatomées

17 Milieux oligosaprobes Plécoptères Odonates Trichoptères Ephémères

18 Indices et métriques

19 Mesures de la diversité biologique zIndices de diversité spécifique: Indice de Shannon-Weaver S H = - (n i /N )log 2 (n i /N) i=1 zIndices dintégrité biotique basés sur labondance relative despèces tolérantes et intolérantes zDistributions rang-fréquence zStructure trophique Source: Ramade, 1992.

20 Études de cas zPollution par le mercure et les BPCs dans le lac Saint-François (Saint-Laurent) zPollution par le cadmium (Cd) et le mercure (Hg) dans le fleuve Saint-Laurent zPollution par le cadmium dans la région minière de l Abitibi

21

22 Lac Saint-François -Hg

23 Lac Saint-François -BPC

24 Invertebrate Community Index (ICI)

25 Métrique ICI

26 Hg BPC Substrat

27 ICI- Pollution Facteurs écologiques Granulométrie Contamination Hg, BPC Effets confondants des facteurs écologiques Herbiers Sédiments M.O.

28 Bioaccumulation du cadmium et du mercure dans les invertébrés benthiques du fleuve Saint- Laurent: Utilisation des espèces sentinelles: les gastéropodes Bithynia tentaculata et Physa gyrina J. Désy 1, C. Flessas 1, J-F. Archambault 1 B. Pinel-Alloul 1, J. Hubert 1 et P.G.C. Campbell 2 1 Université de Montréal 2 INRS-ETE

29 Objectifs Déterminer les relations entre les concentrations de Cd et de Hg dans les organismes sentinelles avec les concentrations de Cd et Hg dans les sédiments ou les concentrations de l ion libre Cd 2+ dans l eau interstitielle. (2)Déterminer si les espèces sentinelles sont de bons biomoniteurs des niveaux de contamination du fleuve en Cd et en Hg.

30 Sites d étude: Fleuve Saint-Laurent z 20 stations : - LSF: Lac St.François - LSL: Lac St.Louis - BLP: Bassin Laprairie - CTC: Région de Contrecoeur - LSP: Lac Saint-Pierre z Stations: profondeurs: 0.5 à 3.5 m zones de sédimentation zone littorale plantes submergées

31 Cadmium - gastéropodes Bithynia tentaculata Physa gyrina Algues Espèces bioindicatrices Milieu Métal non-essentiel

32 Zn - gastéropodes Bithynia t. Physa g. Plantes Métal essentiel Milieu

33 Méthyl-mercure - Gastéropodes Fleuve Saint-Laurent Lac Saint Louis Bithynia tentaculata

34 Définition des biomarqueurs zToute réaction biochimique, physiologique, histologique et morphologique en réponse à un contaminant, mesurée à l intérieur d un organisme, et qui indique une déviation de son état normal ( van Gestel et van Brummelen, 1996, Ecotoxicology 5: 217:225) zApproche hiérarchique dévaluation de la toxicité du niveau cellulaire à lindividu, à la population et à la communauté yHypothèse du débordement cellulaire

35 Niveau cellulaire/sub- cellulaire Niveau physiologique Perturbations des voies biochimiques Individus ne pouvant survivre ou se reproduire Espèce absente Organisme Population Communauté Détoxication granules métallothionéines Compensation changements comportementaux adaptations physiologiques Compensation survie individuelle changements dans lallocation dénergie Compensation immigration tolérance génétiquement acquise Interaction initiale du métal à ce niveau Débordement Stress physiologique individus faibles reproduction inhibée vulnérabilité au stress

36 Propriétés des biomarqueurs zIndicateurs précoces: doivent prédire des effets toxiques à des niveaux élevés de l organisation biologique. zSpécifiques dun contaminant ou dune classe de contaminants. zRéponses concentration-dépendante. zLes facteurs endogènes (sexe, taille, état reproducteur) et exogènes (Ca++, H+, COD) pouvant affecter la réponse du biomarqueur doivent être connus. zLe biomarqueur doit être relié à l état de santé ou au « fitness » de lorganisme. zLes études expérimentales doivent passer par une validation sur le terrain.

37 Types de biomarqueurs zEnzymes: yALAD (Acide AminoLévulinique Déhydratase): inductible par le plomb. yCytochromes P450: classes dhémato-protéines inductibles par les contaminants organiques. yCholinestérases: activité inhibée par les carbamates et les pesticides organophosphorés. yEnzymes de conjugaison: accroissement causé par les HAP, ou les métaux traces. Ex: gluthathion-S-transférase. yEnzymes de stress oxydatif. Ex: glutathion reductase, malondialdehyde zMétallothionéines (MTs): augmentation causée par les métaux traces. zProtéines de stress (glucose-regulated proteins, heat stress proteins): spécificité relativement faible. zADN: modifications de la structure d ADN (formation d adduits). Sources multiples.

38 Évaluation de la métallothionéine (MT) comme biomarqueur dexposition métallique et deffets toxiques en milieu naturel B. Pinel-Alloul 1, O. Perceval 1, Y. Couillard 2, A. Giguère 3, P.G.C. Campbell 3 et L. Hare 3 1 Université de Montréal 2 Environnement Canada 3 INRS-ETE

39 Évaluation des effets de l exploitation minière sur le milieu aquatique au Canada zSacquitter de lengagement pris par Environnement Canada de mettre à jour et renforcer le Règlement sur les effluents liquides des mines de métaux (RELMN) zConception, pour les mines de métaux, dun programme de suivi des effets sur l environnement ydéveloppement d outils efficaces pour la réalisation dun tel suivi.

40 Les métallothionéines (MTs) Domaine Métal Soufre

41 Rôle de la métallothionéine zRégulation des concentrations intracellulaires des métaux essentiels (Zn, Cu) chez les animaux (Kelly et al., 1996). zProtection contre la toxicité des métaux non- essentiels (Cd) (Roesijadi, 1992). zProtection contre le stress oxydatif à la fois à léchelle de la cellule et de lorganisme (Viarengo et al., 1999).

42 Objectifs de l étude zMT = biomarqueur dexposition au Cd zMT = biomarqueur deffets toxiques: Corréler laugmentation du Cd lié à des ligands cytosoliques autres que la MT à des effets biologiques délétères zau niveau de la cellule zau niveau des populations

43 Modèle de cytotoxicité Cd-MT 1 Cd-FPM 2 noyau cytosol A.Cd-HPM Cd 2+ B.Cd-MT Cd-FPM 2 noyau cytosol Cd 2+ Cd-HPM Modèle du débordement cellulaire des ligands Faible contamination Forte contamination

44 Organisme sentinelle : bivalves zSédentaire zVit jusquà 15 ans zTolérant aux métaux zCapacité à accumuler les métaux zCapacité à synthétiser la MT zSuivi à long terme Pyganodon grandis grandis

45 Réponses concentration dépendantes Tessier et al., 1993, L&O 38: 1-17Couillard et al., 1993, L&O 38:

46 Aire d étude Destor Dasserat Ollier Waza D Alembert Beauchastel Adéline Évain Hélène Renaud Bouzan Héva Caron Cléricy Opasatica Vaudray Petit Dufresnoy Dufay Bousquet Joannès ROUYN- NORANDA R. Kinojévis

47 Approche écotoxicologique intégrée Variables physico-chimiques et écologiques confondantes [Chl a], [C(seston)], [N(seston)], pH, [Ca] d, conductivité, [COD], [AH+AF], chaleur accumulée en degré-jours Abondance des poissons hôte Variables physico-chimiques et écologiques confondantes [Chl a], [C(seston)], [N(seston)], pH, [Ca] d, conductivité, [COD], [AH+AF], chaleur accumulée en degré-jours Abondance des poissons hôte Réponses des populations Abondance (densité littorale) Biomasse et structure en taille Production annuelle Rapports P/B Fécondité (individuelle et cumulée) Réponses des populations Abondance (densité littorale) Biomasse et structure en taille Production annuelle Rapports P/B Fécondité (individuelle et cumulée) Contamination des moules Réponses intracellulaires [Cd] dans le cytosol [MT] dans les branchies Répartition intracellulaire du Cd: Cd-MT/ Cd-FPM/ Cd-HPM Indicateurs enzymatiques de stress toxique: MDA/ Glutathion Contamination des moules Réponses intracellulaires [Cd] dans le cytosol [MT] dans les branchies Répartition intracellulaire du Cd: Cd-MT/ Cd-FPM/ Cd-HPM Indicateurs enzymatiques de stress toxique: MDA/ Glutathion Contamination des lacs Niveau dexposition Sédiments superficiels - eau surnageante [Cd 2+ ] Contamination des lacs Niveau dexposition Sédiments superficiels - eau surnageante [Cd 2+ ]

48 Caractéristiques des lacs sélectionnés: gradient de contamination en Cd Rapport Max/Min = 270 contrôle contamination niveau moyen contamination niveau élevé

49 Métallothionéine dans les branchies r 2 = 0,78; P < 0,001r 2 = 0,50; P < 0,001 Dans des conditions dexposition chronique: MT = biomarqueur dexposition au Cd

50 Modèle de cytotoxicité B.Cd-MT Cd-FPM 2 noyau cytosol Cd 2+ Cd-HPM Modèle du ligand biotique Saturation de la MT Incorporation dans HPM Incorporation dans FPM

51 Répartition intracellulaire du Cd r 2 = 0,95 P < 0,001 r 2 = 0,37 P < 0,001 r 2 = 0,68 P < 0,001 Dans des conditions dexposition chronique: Liaison progressive du Cd à des ligands autres que la MT Cytotoxicité observée suite à cette exposition

52 Superoxide theory on oxygen toxicity Reactive oxygen species O 2 -, ·OH & H 2 O 2 Oxygen Endogenous reaction Cellular lipid membrane Degradation Increase in Malondialdehyde (MDA) Antioxidants (GSH; GSH-peroxidase; GSH-reductase) Organic contaminants Cu 2+, Fe 2+ (Cd 2+ ?) (Fridovich, 1975)

53 Évidence de stress oxydant au niveau cellulaire Source: Giguère et al., 2003, Aquat. Toxicol., 64: contamination niveau très élevé

54 Effets au niveau des populations: densité littorale

55 Effets au niveau des populations: biomasse et production * P unilat. < 0,05; ** P unilat. < 0,0083

56 Effets au niveau des populations: taux de renouvellement : ratio P/B

57 Structures dâgeP/B=0,27P/B=0,28 P/B=0,33P/B=0,31P/B=0,21 P/B=0,23 P/B=0,14 P/B=0,22 P/B=0,20

58 Effets au niveau des populations: fécondité cumulée

59 Influence des variables confondantes

60

61 Expériences de transplantation: 400 jours zLac de référence y Opasatica : Cd 2+ : 0.03 nM, Ca: 9.2 mg/L zLacs de niveau de contamination moyen yJoannès: Cd 2+ : 0.25 nM, Ca: 7.7 mg/L yVaudray: Cd 2+ : 0.39 nM, Ca: 3.5 mg/L zLacs de niveau de contamination élevé yDasserat: Cd 2+ : 1.08 nM, Ca: 9.3 mg/L yDufault: Cd 2+ : 0.76 nM, Ca: 19.3 mg/L

62 Expériences de transplantation: 400 j niveau de contamination des bivalves Comparaison des niveaux de contaminants des bivalves dans les enceintes et hors des enceintes Très faible Ca

63 Expériences de transplantation: 400 j répartition subcellulaire du Cd Ligands les plus importants: MT et HPM Lac Vaudray: Cd-MT très fort: bonne détoxication Lac Dufault : Cd-HMW très fort: maximum de toxicité

64 Expériences de transplantation: 400 j réponse des populations Croissance Mortalité Effet protecteur de la MT

65 Suivi à long terme: Baisse des émissions de la fonderie de Noranda

66 Baisse des concentrations du biomarqueur dexposition (MT) chez les bivalves Relation avec les baisses de Cd et Cu En amont de la fonderie OP: Opasatica 29 km Du: Dufay 39 km En aval de la fonderie JO: Johannes 26 km VA: Vaudray 30 km BO: Bousquet 30 km HE: Héva 51 km

67 Cohérence temporelle entre les baisses des émissions, du niveau de pollution, de la bioaccumulation des métaux et du biomarqueur MT

68 Conclusions de l étude zLa MT peut être utilisée comme biomarqueur dexposition et de contamination chez les invertébrés deau douce zPotentiel dutilisation de la répartition sub-cellulaire du Cd (Cd- MT, Cd-HPM, Cd-FPM) comme biomarqueur prédictif du risque toxicologique au niveau cellulaire zPotentiel mais manque de certitude pour assigner à la répartition sub-cellulaire du Cd un rôle prédictif deffets écotoxicologiques sur létat des populations de bivalves zInfluence des facteurs confondants au niveau écologique: Chaleur accumulée dans la zone littorale des lacs reliée à la morphométrie des lacs, niveau de dureté des eaux reliée aux concentrations en calcium.

69 Conclusions (suite) zHypothèse: En raison des efforts de traitement de lindustrie minière dans la région, les facteurs écologiques ont supplanté la pression de contamination exercée par le Cd comme élément structurant des populations de bivalves zLe manque de connaissance sur les effets confondants des facteurs écologiques en milieu naturel limite de beaucoup la signification écotoxicologique de la MT et de la répartition subcellulaire du Cd dans les ligands cytosoliques comme biomarqueur deffets toxiques au niveau des populations zLes études au niveau des communautés restent à faire


Télécharger ppt "Toxicologie de lenvironnement TXL 6014 Notions de bioindicateurs et biomarqueurs en écotoxicologie Bernadette Pinel-Alloul 19 décembre 2005."

Présentations similaires


Annonces Google