Source: The Conversation – France in French (3) – By Morgane Danion, Chargée de projets scientifiques en immuno-écotoxicologie, Agence nationale de sécurité sanitaire de l’alimentation, de l’environnement et du travail (Anses)
L’ESSENTIEL
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Des contaminants de milieux aquatiques peuvent interférer avec le fonctionnement hormonal des poissons. On parle de perturbateurs endocriniens.
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Une approche non invasive, fondée sur l’étude de fragments d’ADN présents dans le sang, l’urine et le mucus du poisson permet de mieux comprendre les mécanismes d’action de ces contaminants.
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Un projet de recherche, qui a pris comme modèle la contamination de la truite arc-en-ciel par un fongicide d’usage courant, a montré la pertinence de cette démarche.
Principalement causée par les activités humaines, telles que l’agriculture, l’industrie ou encore les activités domestiques, la pollution chimique des milieux aquatiques est aujourd’hui un enjeu environnemental majeur.
Cette pollution se manifeste par l’introduction continue dans les écosystèmes d’une grande variété de contaminants, parmi lesquels se retrouvent des pesticides, des résidus de médicaments, des métaux lourds et des substances per- et polyfluoroalkylées (PFAS).
Quand des contaminants perturbent le système endocrinien d’organismes aquatiques
Il est reconnu que certaines de ces substances sont susceptibles d’interférer avec le système endocrinien des organismes aquatiques, en perturbant la synthèse, le transport, le métabolisme ou encore l’action des hormones. Nommés « perturbateurs endocriniens », ils peuvent altérer des fonctions biologiques essentielles, comme la croissance, le développement ou la reproduction.
Pour préserver le bon fonctionnement des écosystèmes aquatiques, il devient donc essentiel de mieux comprendre comment ces contaminants agissent sur l’environnement et quels sont leurs impacts à différents niveaux d’organisations biologiques.
Le projet POMELO pour développer des outils moléculaires alternatifs aux marqueurs biologiques invasifs
Le projet de Plateforme multi-omique haut-débit pour l’analyse du stress perturbateur endocrinien chez le poisson (dit « projet POMELO ») avait pour objectif de développer des outils moléculaires innovants et alternatifs aux biomarqueurs (ou marqueurs biologiques) invasifs actuellement utilisés pour la surveillance de l’état de santé du poisson exposé à des agents chimiques et biologiques de l’environnement.
Qu’appelle-t-on « biomarqueurs », et quelles sont les contraintes liées à leur mesure ?
- Les biomarqueurs sont des réponses biologiques mesurables qui reflètent l’exposition d’un organisme à des polluants ou les effets de cette exposition. Chez le poisson par exemple, chez les mâles, la vitellogénine (un précurseur protéique des réserves énergétiques de l’œuf dans de nombreuses espèces animales) est un biomarqueur qui révèle une perturbation endocrinienne d’origine œstrogénique.
- La mesure des biomarqueurs repose souvent sur des prélèvements invasifs de sang ou de tissus, nécessitant le sacrifice des poissons. Ces contraintes limitent les suivis répétés, posent des questions éthiques et peuvent altérer les réponses biologiques mesurées.
- Le développement d’outils moléculaires alternatifs, moins invasifs, est essentiel pour surveiller plus fréquemment et plus respectueusement la santé des poissons exposés aux contaminants environnementaux.
Il s’agissait plus spécifiquement d’étudier si les acides nucléiques libres – qui correspondent à des fragments de matériel génétique – et qui sont présents potentiellement dans diverses matrices écophysiologiques des poissons (eau environnante, urine, mucus et sang) peuvent constituer des marqueurs de stress de ces organismes et plus largement de leurs populations.
Le projet reposait sur une collaboration interdisciplinaire et internationale associant la France, le Canada et la Belgique, avec des compétences complémentaires en biologie, en écotoxicologie, en analyses moléculaires et en bioinformatique.
Vers une nouvelle approche qui associe chimie, biochimie et biologie moléculaire
Surnommée « multi-omique », cette nouvelle méthodologie repose sur la combinaison de plusieurs approches omiques (qui associent des technologies issues de la biologie moléculaire, c’est-à-dire au niveau du matériel génétique, ndlr), comme la génomique, la transcriptomique, la protéomique, la métabolomique ou encore l’épigénétique. Elle génère des données obtenues à divers niveaux biologiques et permet de mieux comprendre les mécanismes moléculaires et les variations physiologiques d’un organisme face à son environnement.
L’approche multi-omique offre une compréhension approfondie des mécanismes d’action des contaminants et permet d’identifier les voies biologiques impactées. Elle est susceptible de détecter des réponses précoces, souvent invisibles à l’échelle physiologique.
En reliant les modifications moléculaires aux effets observés à des niveaux biologiques supérieurs, l’approche multi-omique contribue à établir des liens entre les premières perturbations et leurs conséquences sur la santé des organismes, en particulier lors de la construction de voies d’effets néfastes. Grâce à cette approche innovante, il devient possible d’avoir une vision d’ensemble, à la fois globale et complémentaire des réponses biologiques aux contaminants chimiques.
Cette approche présente toutefois certaines limites, comme un coût financier encore élevé, une importante quantité de données à stocker et à analyser et la nécessité d’une expertise avancée en bioinformatique.
Par ailleurs, l’interprétation finale reste complexe pour les chercheurs et exige une validation biologique des résultats, notamment en les confrontant à des biomarqueurs classiques observés à l’échelle physiologique, tels que la formule sanguine ou le niveau hormonal.
Mise en application chez la truite exposée au fongicide tébuconazole
Le projet POMELO a été réalisé sur la truite arc-en-ciel (Oncorhynchus mykiss), une espèce d’intérêt aquacole, naturellement exposée à divers contaminants environnementaux et agents pathogènes. Les truites ont été exposées pendant vingt-huit jours au tébuconazole, un fongicide de la famille des triazoles, largement utilisé en agriculture.
En France, cette substance est fréquemment quantifiée dans les eaux de surface, à des concentrations susceptibles d’interférer avec certaines voies endocriniennes et métaboliques.
Dans le cadre du projet POMELO, deux concentrations de tébuconazole ont été testées in vivo chez la truite. La concentration la plus faible (à 230 nanogrammes par litre) visait à représenter une exposition environnementale, tandis que celle qui était plus élevée (à 10 microgrammes par litre) correspondait à une exposition aiguë, susceptible de survenir accidentellement lors d’épisodes de ruissellement agricole.
Après la contamination chimique au tébuconazole, la capacité de défense des poissons face à un agent infectieux, le virus de la nécrose hématopoïétique infectieuse, a été évaluée. Particulièrement virulent sur les stades alevins et juvéniles des poissons de la famille des salmonidés, ce pathogène peut entraîner de fortes mortalités en élevage.
Une méthodologie innovante fondée sur l’étude de fragments d’ADN pour évaluer les effets d’un contaminant (le fongicide tébuconazole) sur un poisson (la truite arc-en-ciel)
- Pour évaluer l’impact du fongicide tébuconazole sur des truites arc-en-ciel, divers échantillons biologiques (sang, urine, mucus de truite) de poissons ont été recueillis à l’aide de cartes (Flinders Technology Associates, ou cartes FTA) qui servent à prélever, à conserver et à transporter les fragments d’ADN.
- Le principe consiste à déposer une très faible quantité d’échantillon sur la carte dont la matrice chimique favorise la lyse des cellules et fixe leur ADN.
- Une fois l’échantillon sec, les cartes ont été conservées à température ambiante, à l’abri de la lumière et de l’humidité, afin de préserver l’intégrité de l’ADN.
- Les étapes d’extraction et de séquençage de l’ADN ont été réalisées plusieurs mois plus tard par le partenaire canadien.
Un exemple qui montre la pertinence de cette approche innovante
Les résultats ont démontré que l’exposition à ce fongicide a perturbé le fonctionnement énergétique du foie et des branchies des truites, suggérant que ces organes devaient mobiliser davantage d’énergie.
Le fongicide a également diminué les défenses antioxydantes dans les branchies et les capacités du foie des poissons à éliminer les substances toxiques.
En présence du virus, les poissons préalablement exposés au fongicide semblent présenter moins de globules blancs circulant dans le sang et un microbiome cutané modifié. Ces résultats (en cours de publication) suggèrent un affaiblissement du système immunitaire et une possible sensibilité accrue à l’infection.
Par ailleurs, concernant la reproduction, des lésions ovariennes et une mortalité d’ovocytes ont été observées chez les femelles ayant été exposées au pesticide. Ces résultats suggèrent que le tébuconazole peut perturber l’équilibre hormonal et les capacités reproductives des truites.
Au niveau moléculaire, l’exposition chimique a modifié certains mécanismes de régulation de l’activité des gènes. Ces modifications pourraient contribuer aux perturbations préalablement citées et observées au niveau du métabolisme, de l’immunité et de la reproduction.
Dans l’ensemble, les résultats du projet POMELO montrent que le fongicide tébuconazole affecte plusieurs fonctions essentielles des poissons, depuis le fonctionnement des cellules jusque la santé générale de l’individu et son succès reproducteur. Ils confirment des effets déjà connus du fongicide, tout en apportant de nouvelles connaissances sur les mécanismes impliqués, grâce à l’étude combinée des données moléculaires, épigénétiques et microbiennes.
Vers une approche plus intégrative, étendue à la santé humaine
Ce travail a contribué à améliorer l’évaluation des risques liés à la contamination chimique de l’environnement sur la santé des poissons. Ces résultats obtenus sur les effets du fongicide tébuconazole mettent en évidence la nécessité de surveiller l’utilisation de substances chimiques telles que les pesticides et de mettre en place des mesures de protection pour préserver la santé des écosystèmes aquatiques.
Les perspectives sont désormais orientées vers une approche plus intégrative, visant à prendre en compte la notion d’« exposome ». Il s’agira d’évaluer la diversité des sources de polluants, leurs interactions et leurs effets cumulés tout au long de la vie des organismes.
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« L’envers des mots » : Exposome
L’évaluation des risques sera ainsi élargie à la santé humaine dans une démarche One Health (Une seule santé), en explorant les voies d’exposition communes aux écosystèmes, aux animaux et à l’humain.
Le projet CombiTAC, financé dans le cadre du Programme national de recherche Environnement-Santé-Travail (PNR EST) 2024, s’inscrit dans cette perspective en étudiant les effets combinés de plusieurs contaminants (tébuconazole, cyanotoxines et virus) sur la santé de la truite, mais aussi sur la santé humaine. Il sera ainsi possible de rechercher et de quantifier les substances polluantes accumulées dans la chair des poissons destinés à la consommation.
Le projet « Plateforme multi-OMiques haut-dÉbit pour l’anaLyse du stress perturbateur endOcrinien chez le poisson (POMELO) » a été financé dans le cadre du Programme national de recherche Environnement-Santé-Travail (PNR EST), coordonné par l’Agence nationale de sécurité sanitaire, de l’alimentation, de l’environnement et du travail (Anses). Depuis sa création en 2006, le PNR EST a soutenu près de 750 projets.
Découvrez ici toutes les informations sur le PNR EST.
Participez gratuitement à notre webinaire The Conversation – Anses, jeudi 12 novembre à 17 heures, sur le thème : « Santé : polluants, pathogènes, stress… à quoi les humains et l’ensemble des êtres vivants sont-ils exposés ? » Renseignements et inscription ici !
Morgane Danion a reçu des financements du Programme national de recherche Environnement-Santé-Travail (PNR EST), coordonné par l’Agence nationale de sécurité sanitaire de l’alimentation, de l’environnement et du travail (Anses).
Claudia Cosio a reçu des financements du Programme national de recherche Environnement-Santé-Travail (PNR EST), coordonné par l’Agence nationale de sécurité sanitaire de l’alimentation, de l’environnement et du travail (Anses).
– ref. Surveiller l’état de santé de poissons exposés à des agents chimiques et biologiques grâce à des outils moléculaires non invasifs – https://theconversation.com/surveiller-letat-de-sante-de-poissons-exposes-a-des-agents-chimiques-et-biologiques-grace-a-des-outils-moleculaires-non-invasifs-295925