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Les biomarqueurs Application à la surveillance de lenvironnement FENET Hélène : Maître de Conférences UMR Hydrosciences.

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1 Les biomarqueurs Application à la surveillance de lenvironnement FENET Hélène : Maître de Conférences UMR Hydrosciences

2 DissousParticulaire Biocénose Éléments traces Que devient un contaminant dans le milieu aquatique ? Biodisponibilité pour la biocénose - Caractéristiques physicochimiques de la molécule : Kow, solubilité dans leau - Sédiments : matière organique - Colonne d eau : phase particulaire et dissoute Molécule mère Produit de dégradation

3 Exposition Réponses sublétales Toxicité individuelle Effets population Analyses chimiques Biomarqueurs (biochimiques, cytologiques, physiologiques) Bioindicateurs Essais in vitro A quel niveau doit on se placer ? Quels sont les outils disponibles ?

4 Approche Physicochimique Approche Biologique Représentation schématique des paramètres mesurables dans le milieu physique à différents niveaux dorganisation biologique pour évaluer létat de lenvironnement. Communautés PopulationsIndividus et niveaux infra-individusEcosystèmes Biomarqueurs Marqueurs biochimiques, cytologiques, physiologiques Bioindicateurs Espèces indicatrices Indices biocénotiques Indice de diversité Analyses physico-chimiques

5 Bioindicateurs Espèces indicatrices - Taxons Indices biocénotiques Indice de diversité Indicateur écologique : - un taxon ou un ensemble de plusieurs taxons peuplement, communauté- - caractéristiques qualitatives et/ou quantitatives, témoignant de l'état d'un système écologique - détection d'éventuelles modifications de ces caractéristiques Caractériser l'état d'un milieu, le plus souvent par rapport à des états de référence

6 Comment surveiller la qualité de lenvironnement ? - Analyse chimique du milieu -Analyse chimique dans les milieux biologiques : -Évaluation des effets des polluants sur les organismes vivants

7 Lanalyse chimique pour détecter et quantifier les polluants Avantages -Connaître la ou les molécules présentes -Travailler sur les différents compartiments, eau, sédiments Inconvénients -Impossible de quantifier tous les polluants, - Impossibilité de déterminer limpact sur les écosystèmes et ou sur les individus

8 Approche biologique Biomarqueurs Signaux précoces Exposition aux contaminants Moléculaire Cellulaire Tissulaire Systémique (organe) Organisme Population Communauté Ecosystème Modifié de Bayne et al., 1985

9 Approche biologique Bioindicateurs : certaines espèces ou certains groupes despèces qui renseignent par leur présence ou leur absence et ou leur abondance et leur comportement sur la structure et le fonctionnement de lécosystème. Biomarqueurs : biomarqueur est un changement observable et/ou mesurable au niveau moléculaire, biochimique, cellulaire, physiologique ou comportemental, qui révèle lexposition présente ou passée dun individu à au moins une substance chimique à caractère polluant (Lagadic et al., 1997).

10 Méthodes de biosurveillance Sources Indicateurs dexposition Indicateurs deffets -Concentration dans le milieu (dose externe) -Taux démission -Marqueurs de bioaccumulation (dose interne) -Biomarqueurs dexposition -Biomarqueurs deffets -Lésions -Atteinte des populations et des communautés Facteurs environnements modifiant lexposition Facteurs environnements modifiant la susceptibilité

11 Van der Oost et al., 2003 Réponses des organismes à une exposition à des contaminants aux effets délétères

12 Classification des biomarqueurs Biomarqueurs dexposition : - mesure dun xénobiotique ou de son métabolites - interaction entre un xénobiotique et une cible moléculaire ou cellulaire

13 Classification des biomarqueurs Biomarqueurs deffet : indicateurs deffets biologiques - Marqueurs généraux de stress « non spécifiques » - Marqueurs spécifiques dune classe de contaminant Biomarqueurs de susceptibilité individuelle :

14 Critère de choix dun biomarqueur -Marqueurs sensibles -Marqueurs précoces -Mesure facile à réaliser de coût raisonnable -Niveau basal connu -Facteurs de confusion connus -Réponse dépendante de la dose et du temps dexposition -Relation entre la réponse du biomarqueur et limpact sur lorganisme étudiée

15 Dose interne ou marqueur de bioaccumulation Choix en fonction - de la nature du polluant - de son devenir dans lorganisme Exemples - Polychlorobiphényles (PCB) : Analyse des PCB dans la chair des organismes exposés -Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) : Analyse des métabolites des HAP dans la bile des poissons exposés, mesure de la fluorescence biliaire

16 Bioaccumulation des PCB – exemple Données du RNO

17 Métabolites des HAPS – exemple Erika

18 Marqueurs dexposition Enzymes de biotransformation Biotransformation, Phase I et Phase II Phase I : addition dun groupement fonctionnel à la molécule exogène Mono-oxygénase à cytochrome P450 Phase II : conjugaison - molécule exogène + molécule endogène Produit final, plus facilement excrétable

19 ERDs ARN Transcription ARNm Protéine P450IA Phase I Phase II Métabolites Conjugués Excrétion ADN Xénobiotiques Absorption Cellule Noyau HSP90 AhR + HSP90 AhR ARNt Daprès Safe 2001 et Van der Oost et al Induction de lactivité EROD in vivo AhR ARNt

20 Etude en laboratoire exposition à la β- NF par injection i.p. Fenet et al., Wat. Sci. Tech. Vol 33 N°6 pp , 1996 Etude dose-réponse Etude en fonction du temps Induction de lactivité EROD in vivo

21 Etude en laboratoire exposition à des PCBs par injection i.p. Etude dose-réponse Etude en fonction du temps Hewitt et al., Wat. Sci. Tech. Vol 38 N°7 pp , 1998 Induction de lactivité EROD in vivo

22 Induction de lactivité EROD chez des anguilles et des truites arc-en-ciel mises en cages Analyses des HAPs -Site de référence 19 HAPs = 1,5 µg/g de sédiment sec -Site pollué 19 HAPs = 25,5 µg/g de sédiment sec Induction de lactivité EROD in vivo Fenet et al., Ecotox. Environ. Saf. 40, (1998)

23 1-OH pyrène et Activité EROD Analyse de 1-OH pyrene après déconjugaison Induction de lactivité EROD in vivo Jo Ref 14 jours Pl 14 jours Ref 28 jours Pl 28 jours Réversibilité

24 Agences de lEau – SEQ littoral

25 Biomarqueurs de génotoxicité Biosurveillance des contaminants induisant des changement du matériel génétique - Altérations structurales de lADN – adduits - Intégrité de lADN - cassures de mono-brins dADN - Mutations chromosomiques : - formation de micronoyaux - aberrations chromosomiques - échanges de chromatides soeurs

26 Les adduits à lADN : biomarqueurs moléculaires Xénobiotiques Métabolite primaire réactif Phase I Métabolite final hydrosoluble Phase II Excrétion urinaire Adduits- protéines Adduits-ADN Adduits dacides aminés Adduits de base de lADN Détection et évaluation des adduits sur échantillon biologique Adduits-de base de lADN Réparation Dosage urinaire des métabolites

27 Les adduits à lADN : biomarqueurs moléculaires Marqueur dexposition

28 Agences de lEau – SEQ littoral

29 Utilité des biomarqueurs -Estimer la distribution de substances potentiellement toxiques dans les organismes vivants -Mettre en évidence des réponses des organismes à lexposition à des contaminants -Etablir des relations de cause à effet entre la présence des contaminants et les réponses biologiques - Evaluer les conséquences de la contamination des individus sur des niveaux dorganisation biologiques plus élevés et finalement sur létat de santé des écosystèmes

30 Limites des biomarqueurs - « bruit de fond physiologique » avec variations génétiques et variations écologiques - Facteurs génétiques - Différences interspécifiques - Facteurs physiologiques - âge, sexe, facteurs nutritionnels, saisons - Pollutions mixtes et interactions avec dautres polluants - Durée des effets biologiques


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