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Les biomarqueurs
Application à la surveillance de l’environnement
FENET Hélène : Maître de ConférencesUMR Hydrosciences
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DissousParticulaire
BiocénoseÉléments traces
Que devient un contaminant dans le milieu aquatique ?
Biodisponibilité pour la biocénose
- Caractéristiques physicochimiques de la molécule : Kow, solubilité dans l’eau- Sédiments : matière organique- Colonne d ’eau : phase particulaire et dissoute
Molécule mèreProduit de dégradation
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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 ?
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Approche Physicochimique
Approche Biologique
Représentation schématique des paramètres mesurablesdans le milieu physique à différents niveaux d’organisation biologique
pour évaluer l’état de l’environnement.
Communautés Populations Individus et niveaux infra-individusEcosystèmes
Biomarqueurs
Marqueurs biochimiques, cytologiques, physiologiques
Bioindicateurs
Espèces indicatrices
Indices biocénotiques
Indice de diversité
Analyses physico-chimiques
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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
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Comment surveiller la qualité de l’environnement ?
- Analyse chimique du milieu
-Analyse chimique dans les milieux biologiques :
-Évaluation des effets des polluants sur les organismes vivants
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L’analyse 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 l’impact sur les écosystèmes et ou sur les individus
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Approche biologique
Biomarqueurs Signaux précoces
Exposition aux contaminants
Moléculaire
Cellulaire
Tissulaire
Systémique (organe)
Organisme
Population
Communauté
Ecosystème
Modifié de Bayne et al., 1985
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Approche biologique
Bioindicateurs : certaines espèces ou certains groupes d’espèces qui renseignent par leur présence ou leur absence et ou leur abondance et leur comportement sur la structure et le fonctionnement de l’écosystème .
Biomarqueurs : biomarqueur est un changement observable et/ou mesurable au niveau moléculaire, biochimique, cellulaire, physiologique ou comportemental, qui révèle l’exposition présente ou passée d’un individu à au moins une substancechimique à caractère polluant (Lagadic et al., 1997).
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Méthodes de biosurveillance
SourcesIndicateursd’exposition
Indicateursd’effets
-Concentration dans le milieu (dose externe)
-Taux d’émission
-Marqueurs de bioaccumulation (dose interne)
-Biomarqueurs d’exposition
-Biomarqueurs d’effets
-Lésions
-Atteinte des populations et des communautés
Facteurs environnements modifiant l’exposition
Facteurs environnements modifiant la susceptibilité
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Van der Oost et al., 2003
Réponses des organismes à une exposition à des contaminants aux effets délétères
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Classification des biomarqueurs
Biomarqueurs d’exposition :
- mesure d’un xénobiotique ou de son métabolites
- interaction entre un xénobiotique et une cible moléculaire ou cellulaire
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Classification des biomarqueurs
Biomarqueurs d’effet : indicateurs d’effets biologiques- Marqueurs généraux de stress « non spécifiques »
- Marqueurs spécifiques d’une classe de contaminant
Biomarqueurs de susceptibilité individuelle :
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Critère de choix d’un 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 d’exposition
-Relation entre la réponse du biomarqueur et l’impact sur l’organisme étudiée
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Dose interne ou marqueur de bioaccumulation
Choix en fonction - de la nature du polluant- de son devenir dans l’organisme
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
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Bioaccumulation des PCB – exemple
Données du RNO
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Métabolites des HAPS – exemple Erika
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Marqueurs d’expositionEnzymes de biotransformation
Biotransformation, Phase I et Phase II
Phase I : addition d’un groupement fonctionnel à la molécule exogèneMono-oxygénase à cytochrome P450
Phase II : conjugaison - molécule exogène + molécule endogène
Produit final, plus facilement excrétable
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ERDs
ARN
Transcription
ARNm Protéine P450IAPhase I
Phase IIMétabolites Conjugués
Excrétion
ADN
Xénobiotiques
Absorption
Cellule
Noyau
HSP90
AhR+
HSP90
AhR
AhR
ARNt
D’après Safe 2001 et Van der Oost et al. 2003
Induction de l’activité EROD in vivo
AhR
ARNt
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Etude en laboratoire exposition à la β- NF par injection i.p.
Fenet et al., Wat. Sci. Tech. Vol 33 N°6 pp. 321-329, 1996
Etude dose-réponse Etude en fonction du temps
Induction de l’activité EROD in vivo
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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. 245-252, 1998
Induction de l’activité EROD in vivo
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Induction de l’activité 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 l’activité EROD in vivo
Fenet et al., Ecotox. Environ. Saf. 40, 137-143 (1998)
![Page 23: Les biomarqueurs Application à la surveillance de lenvironnement FENET Hélène : Maître de Conférences UMR Hydrosciences](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062417/551d9d84497959293b8bf677/html5/thumbnails/23.jpg)
0
50
100
150
ERODpm
ol/m
in/m
g pr
otTémoins (3)
Aude 14 jours (5)
Robine 14 jours (4)
Aude 28 jours (6)
Robine 28 jours (5)
Réversibilité (3)
1-OH pyrène et Activité EROD
0
1
2
3
OH-PYR
Co
nce
ntr
ati
on
mg
Eq
./g
de
bil
e
Analyse de 1-OH pyreneaprès déconjugaison
Induction de l’activité EROD in vivo
Jo
Ref 14 jours
Pl 14 jours
Ref 28 jours
Pl 28 jours
Réversibilité
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Agences de l’Eau – SEQ littoral
![Page 25: Les biomarqueurs Application à la surveillance de lenvironnement FENET Hélène : Maître de Conférences UMR Hydrosciences](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062417/551d9d84497959293b8bf677/html5/thumbnails/25.jpg)
Biomarqueurs de génotoxicité
Biosurveillance des contaminants induisant des changement du matériel génétique
- Altérations structurales de l’ADN – adduits
- Intégrité de l’ADN- cassures de mono-brins d’ADN
- Mutations chromosomiques :- formation de micronoyaux- aberrations chromosomiques- échanges de chromatides soeurs
![Page 26: Les biomarqueurs Application à la surveillance de lenvironnement FENET Hélène : Maître de Conférences UMR Hydrosciences](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062417/551d9d84497959293b8bf677/html5/thumbnails/26.jpg)
Les adduits à l’ADN : biomarqueurs moléculaires
Xénobiotiques
Métabolite primaire réactif
Phase I
Métabolite final hydrosolublePhase II
Excrétion urinaire
Adduits- protéines Adduits-ADN
Adduits d’acides aminés
Adduits de base de l’ADN
Détection et évaluation des adduits sur échantillon biologique
Adduits-de base de l’ADN
Réparation
Dosage urinaire des métabolites
![Page 27: Les biomarqueurs Application à la surveillance de lenvironnement FENET Hélène : Maître de Conférences UMR Hydrosciences](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062417/551d9d84497959293b8bf677/html5/thumbnails/27.jpg)
Les adduits à l’ADN : biomarqueurs moléculairesMarqueur d’exposition
![Page 28: Les biomarqueurs Application à la surveillance de lenvironnement FENET Hélène : Maître de Conférences UMR Hydrosciences](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062417/551d9d84497959293b8bf677/html5/thumbnails/28.jpg)
Agences de l’Eau – SEQ littoral
![Page 29: Les biomarqueurs Application à la surveillance de lenvironnement FENET Hélène : Maître de Conférences UMR Hydrosciences](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062417/551d9d84497959293b8bf677/html5/thumbnails/29.jpg)
Utilité des biomarqueurs
-Estimer la distribution de substances potentiellement toxiques dans les organismes vivants
-Mettre en évidence des réponses des organismes à l’exposition 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 d’organisation biologiques plus élevés et finalement sur l’état de santé des écosystèmes
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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 d’autres polluants
- Durée des effets biologiques