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Marqueurs biochimiques de pollution dans les écosystèmes aquatiques continentaux. Exemples d’utilisation et perspectives pour le gestionnaire
Patrick Flammarion, Alain Devaux, Jeanne Garric
To cite this version:
Patrick Flammarion, Alain Devaux, Jeanne Garric. Marqueurs biochimiques de pollution dans les écosystèmes aquatiques continentaux. Exemples d’utilisation et perspectives pour le gestionnaire.
Bulletin Francais De La Peche Et De La Pisciculture, 2001, pp.209-226. �10.1051/kmae/2001045�.
�hal-02683579�
Bull. Fr. Pêche Piscic. (2000)3571358 : 209-226 — 2 0 9 —
MARQUEURS BIOCHIMIQUES DE POLLUTION
DANS LES ÉCOSYSTÈMES AQUATIQUES CONTINENTAUX.
EXEMPLES D'UTILISATION ET PERSPECTIVES POUR LE GESTIONNAIRE.
P. F L A M M A R I O N ( 1 ) , A . D E V A U X (2,3) E T J . G A R R I C (1)
(1) C E M A G R E F , Division Biologie d e s E c o s y s t è m e s A q u a t i q u e s 3 bis Q u a i C h a u v e a u , C P 2 2 0 , 6 9 3 3 6 Lyon c e d e x 9, France, tél. : 0 4 7 2 2 0 8 7 85 ; fax : 0 4 7 8 4 7 7 8 7 5
p a t r i c k . f l a m m a r i o n @ c e m a g r e f . f r
(2) I N R A - S C R I B E , E q u i p e d ' E c o t o x i c o l o g i e A q u a t i q u e C a m p u s d e B e a u l i e u , 3 5 0 4 2 R e n n e s c e d e x , France.
(3) E N T P E , L a b o r a t o i r e d e s S c i e n c e s d e l'Environnement, rue M a u r i c e A u d i n , 6 9 5 1 8 Vaulx e n Velin c e d e x , France.
Reçu le 2 septembre 1999 Received 2 September, 1999 Accepté le 12 septembre 2000 Accepted 12 September, 2000
R É S U M É
En c o m p l é m e n t d e s a n a l y s e s c h i m i q u e s , la m e s u r e d e b i o m a r q u e u r s p e r m e t d e d i s p o s e r d ' i n f o r m a t i o n s sur la n a t u r e et le n i v e a u de la c o n t a m i n a t i o n c h i m i q u e m a i s a u s s i sur la s a n t é d e s o r g a n i s m e s vivants et d e s p o p u l a t i o n s d e s é c o s y s t è m e s a q u a t i q u e s . Parmi les b i o m a r q u e u r s , la m e s u r e d e m a r q u e u r s b i o c h i m i q u e s c h e z les p o i s s o n s paraît p a r t i c u l i è r e m e n t i n t é r e s s a n t e en t e r m e s d e sensibilité, spécificité et p r é c o c i t é . En cela, les b i o m a r q u e u r s v i e n n e n t en c o m p l é m e n t d e s m e s u r e s traditionnelles d e bioindication sur les p o p u l a t i o n s d'invertébrés in situ. L'induction d e l'activité e n z y m a t i q u e Ethoxy R é s o r u f i n e - O - D é é t h y l a s e ( E R O D ) est le signe d e l'exposition d e s p o i s s o n s a u x H y d r o c a r b u r e s A r o m a t i q u e s Polycycliques ( H A P s ) , P o l y C h l o r o B i p h é n y l e s c o p l a n a i r e s ( P C B s ) et dioxines, t a n d i s q u e l'inhibition de l'activité A c é t y l C h o l i n E s t é r a s e ( A C h E ) traduit l'exposition à c e r t a i n s p r o d u i t s phytosanitaires ( o r g a n o p h o s p h o r é s et c a r b a m a t e s ) . D'autre part, la m e s u r e d'adduits à l ' A D N et de c a s s u r e s de brins d ' A D N r e n s e i g n e sur la p r e s s i o n g é n o t o x i q u e à laquelle sont e x p o s é s les p o i s s o n s . La s y n t h è s e d e vitellogénine c h e z le p o i s s o n m â l e est q u a n t à elle le s i g n e d e l'exposition d e s p o i s s o n s à d e s polluants qui m i m e n t l'activité d e s o e s t r o g è n e s , entraînant alors un impact sur la r e p r o d u c t i o n . C e s e x e m p l e s d e b i o m a r q u e u r s , en voie d e validation c o m p l è t e , pourraient être intégrés utilement d a n s un r é s e a u p é r e n n e de m e s u r e en routine de la qualité et de la s a n t é d e s é c o s y s t è m e s a q u a t i q u e s .
M o t s - c l é s : b i o m a r q u e u r , bioindicateur, E R O D , a c e t y l c h o l i n e s t e r a s e , g é n o t o x i c i t é , vitellogénine, b i o s u r v e i l l a n c e .
Article available at http://www.kmae-journal.org or http://dx.doi.org/10.1051/kmae/2001045
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B I O C H E M I C A L M A R K E R S O F E N V I R O N M E N T A L C O N T A M I N A T I O N IN C O N T I N E N T A L A Q U A T I C E C O S Y S T E M S . E X A M P L E S O F U S E A N D P R O S P E C T S
F O R M A N A G E M E N T .
A B S T R A C T
In addition to conventional c h e m i c a l a n a l y s e s , b i o m a r k e r s are c o n s i d e r e d a s useful tools for monitoring c h e m i c a l c o n t a m i n a t i o n a n d a s s e s s i n g health of o r g a n i s m s and populations in aquatic e c o s y s t e m s . Biochemical m a r k e r s represent sensitive a n d early w a r n i n g s y s t e m s of the exposure of aquatic o r g a n i s m s to pollutants, thus complementing m o r e global studies o n field invertebrate populations o n a long-term t i m e scale. Among b i o c h e m i c a l markers, induction of the e n z y m a t i c E t h o x y R e s o r u f i n - O - D e e t h y l a s e (EROD) activity in fish is specific of exposure t o Polycyclic A r o m a t i c H y d r o c a r b o n s (PAHs), c o p l a n a r P o l y C h l o r i n a t e d B i p h e n y i s ( P C B s ) a n d d i o x i n s . M o r e o v e r , i n h i b i t i o n of AcetylChoIinEsterase (AChE) activity can indicate the r e s p o n s e of fish t o pesticides like o r g a n o p h o s p h o r o u s c o m p o u n d s a n d c a r b a m a t e s . Genotoxicity a s s e s s m e n t t h r o u g h the m e a s u r e m e n t of D N A a d d u c t s or D N A strand b r e a k s gives rise to relevant information about genetic d a m a g e e n c o u n t e r e d by e x p o s e d s p e c i e s . F u r t h e r m o r e , the m e a s u r e of vitellogenin synthesis in male fish has b e e n successfully u s e d as a b i o m a r k e r of estrogenic effect of xenobiotics that leads to adverse effects o n r e p r o d u c t i o n . T h e s e biomarkers s h o u l d be integrated in extensive biomonitoring n e t w o r k s in order to c o m p l e t e their validation.
K e y - w o r d s : biomarker, bio-indicators, E R O D , a c e t y l c h o l i n e s t e r a s e , genotoxicity, vitellogenin, biomonitoring.
I N T R O D U C T I O N
L a n a l y s e c h i m i q u e d e s polluants présents d a n s les différents c o m p a r t i m e n t s des é c o s y s t è m e s aquatiques n'est pas toujours possible du fait de la multiplicité d e s molécules présentes, et ceci souvent à des concentrations inférieures a u x limites de détection analytique ( N A R B O N N E , 1998). Par ailleurs, une telle a p p r o c h e ne r e n s e i g n e p a s sur les risques e n c o u r u s par les populations a n i m a l e s ou v é g é t a l e s e x p o s é e s a u x polluants ( L É V Ê Q U E , 1997), et ne peut, à elle seule, prédire les effets biologiques d e s m é l a n g e s de c o n t a m i n a n t s (synergies...) ni quantifier s i m p l e m e n t la biodisponibilité d e s polluants pour les o r g a n i s m e s vivants ( D U T K A , 1998). De ce fait, le gestionnaire m a n q u e d'informations sur l'urgence d e s m e s u r e s à prendre pour améliorer l'état de s a n t é d e c e s écosystèmes ( L A S C O M B E , 1997), ou protéger la biodiversité et l'intégrité d e s é c o s y s t è m e s ( L É V Ê Q U E , 1997).
Le suivi de la perturbation de cibles biologiques peut pallier cette difficulté. Par exemple, la spécificité d'un b i o m a r q u e u r pour c e r t a i n e s familles d e m o l é c u l e s chimiques (hydrocarbures a r o m a t i q u e s polycycliques, p o l y c h l o r o b i p h é n y l e s , m é t a u x lourds, produits phytosanitaires...) p e r m e t d'une part de révéler la p r é s e n c e d e c e s polluants, et d'autre part de renseigner sur la biodisponibilité de c e s polluants ainsi q u e sur les effets biologiques p r é c o c e s sur les o r g a n i s m e s ( K R A M E R et B O T T E R W E G , 1991 ; A M I A R D et al., 1998).
L'objet de cet article n'est pas de réactualiser les très n o m b r e u s e s synthèses existantes sur les b i o m a r q u e u r s d a n s le c a d r e d e l'évaluation d e la q u a l i t é des é c o s y s t è m e s (par exemple : M C C A R T H Y et S H U G A R T , 1990 ; H U G G E T T et al., 1992 ; L I V I N G S T O N E , 1993 ; L A G A D I C et al., 1998), mais, s a n s prétention à t'exhaustivité, de situer, par r a p p o r t à d ' a u t r e s v a r i a b l e s b i o l o g i q u e s u t i l i s é e s e n r o u t i n e par les gestionnaires, les apports potentiels et concrets, ainsi q u e les limites, d e q u a t r e marqueurs b i o c h i m i q u e s , choisis à titre d'illustrations et s u s c e p t i b l e s d'offrir d e s perspectives intéressantes.
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I N T É R Ê T S E T C O M P L É M E N T A R I T É D E S M E S U R E S D E V A R I A B L E S B I O L O G I Q U E S U n e g e s t i o n a d a p t é e et p e r t i n e n t e d e s milieux a q u a t i q u e s doit r e p o s e r sur d e s outils d'évaluation d e l'intégrité d e s é c o s y s t è m e s mise à mal par le transfert et l'accumulation d a n s l ' e n v i r o n n e m e n t d e s produits d e l'activité h u m a i n e . Parallèlement a u x m e s u r e s c h i m i q u e s , d é s o r m a i s utilisées d a n s les p r o g r a m m e s d e s u r v e i l l a n c e , la m e s u r e d e variables b i o l o g i q u e s est s u s c e p t i b l e d ' a p p o r t e r u n e information intégrée sur l'état de l ' é c o s y s t è m e a q u a t i q u e a i n s i q u e sur les p h é n o m è n e s d e b i o a c c u m u l a t i o n et de b i o a m p l i f i c a t i o n ( L É V Ê Q U E , 1 9 9 7 ) . D e c e fait, les v a r i a b l e s b i o l o g i q u e s s o n t un c o m p l é m e n t i n d i s p e n s a b l e a u s e i n d ' u n p r o g r a m m e d e s u r v e i l l a n c e et d ' a l e r t e ( L A S C O M B E , 1997).
Les variables b i o l o g i q u e s m e s u r é e s p e u v e n t par e x e m p l e s e traduire par d e s indices r e p o s a n t sur l'étude d'effectifs de populations. E n France, l'exemple le plus c o n n u est celui d e l ' I B G N , Indice B i o l o g i q u e Global N o r m a l i s é , indice f o n d é sur les familles de m a c r o i n v e r t é b r é s . C e t y p e d e m e s u r e fait partie d e s b i o i n d i c a t e u r s q u i c o n c e r n e n t les p o p u l a t i o n s o u c o m m u n a u t é s d o n t l ' a b o n d a n c e et la diversité p e r m e t t e n t d e c a r a c t é r i s e r une m o d i f i c a t i o n d u m i l i e u . D'autres b i o i n d i c a t e u r s c o n c e r n e n t les o l i g o c h è t e s ( L A F O N T , 1989), les m o l l u s q u e s ( M O U T H O N , 1993) o u les d i a t o m é e s ( D E S C Y et C O S T E , 1988). Si c e s indices d o n n e n t u n e note objective sur l'état d e s a n t é d e s c o m m u n a u t é s , leurs v a l e u r s sont n é a n m o i n s délicates à relier a u x c o n c e n t r a t i o n s d e s c o n t a m i n a n t s , c a r ils sont i n t é g r a t e u r s d ' u n e m u l t i t u d e d e v a r i a b l e s ( d o n t l ' h y d r o l o g i e n o t a m m e n t ) . O n p e u t s'intéresser é g a l e m e n t à d e s variables b i o l o g i q u e s qui soient à la fois p r é c o c e s et sensibles, m a i s aussi a p t e s à f o n d e r un diagnostic sur la qualité d e l ' é c o s y s t è m e et sur la nature et le d e g r é d e c o n t a m i n a t i o n . L'intérêt d e l'étude d e c e s d e r n i è r e s , d a n s u n e volonté d'évaluer le risque pour l ' é c o s y s t è m e , est d e prévenir d e s d o m m a g e s é c o l o g i q u e s irréversibles s a n s a t t e n d r e q u e la probabilité d'apparition d e c e s d é g â t s soit trop forte.
C'est d a n s c e s o u c i q u e les c h e r c h e u r s se sont intéressés au d é v e l o p p e m e n t d e b i o m a r q u e u r s q u e r e p r é s e n t e n t les « i n d i c a t e u r s b i o c h i m i q u e s , p h y s i o l o g i q u e s o u h i s t o l o g i q u e s d ' e x p o s i t i o n , o u d'effet, d'un o r g a n i s m e à d e s c o n t a m i n a n t s » ( H U G G E T T et al., 1992 ; B E N S O N et Dl G t U L I O , 1992). L é t e n d u e d e s b i o m a r q u e u r s est e x t r ê m e m e n t vaste et c o n c e r n e d e s m e s u r e s d e r é p o n s e i m m u n o l o g i q u e , d e p a r a m è t r e s s a n g u i n s , d'effets h i s t o p a t h o l o g i q u e s , d e r é s e r v e s é n e r g é t i q u e s , d ' i n d i c a t e u r s d e c r o i s s a n c e etc.
( H U G G E T T et al., 1992). A titre d ' e x e m p l e , les m a r q u e u r s b i o c h i m i q u e s ont été utilisés pour d é t e c t e r l'exposition à d e s c o n t a m i n a n t s a u s s i divers q u e les H y d r o c a r b u r e s A r o m a t i q u e s Polycycliques ( H A P s ) , les P o l y C h l o r o B i p h é n y l e s ( P C B s ) , les m é t a u x ou les produits phytosanitaires, e n m e s u r a n t d e s activités e n z y m a t i q u e s s p é c i f i q u e s o u en d é t e c t a n t l'expression d e s g è n e s i m p l i q u é s . C e t y p e de m e s u r e , e n d o n n a n t u n e information sur u n e exposition à c e r t a i n s c o n t a m i n a n t s et e n quantifiant u n e r é p o n s e sublétale, est d o n c f o n d a m e n t a l e m e n t différent d'autres t e c h n i q u e s r é c e n t e s c o m m e les kits c o m m e r c i a u x é c o t o x i c o l o g i q u e s qui pour la p l u p a r t sont d e s m e s u r e s d e mortalité sur d e s e s p è c e s d ' i n v e r t é b r é s ou d ' a l g u e s .
C e p e n d a n t , la q u e s t i o n d e la signification é c o t o x i c o l o g i q u e d e la r é p o n s e b i o l o g i q u e m e s u r é e par un b i o m a r q u e u r est d é b a t t u e et reste un c h a m p d e r e c h e r c h e très o u v e r t ( S T E G E M A N et H A H N , 1994). En effet, s'il est vrai q u ' u n impact sur la p o p u l a t i o n , h o r m i s d a n s le c a s d ' u n e pollution a c c i d e n t e l l e , est n é c e s s a i r e m e n t p r é c é d é par une p e r t u r b a t i o n au n i v e a u d e q u e l q u e s individus ( M U N K I T T R I C K et M C C A R T Y, 1 9 9 5 ) , la r é c i p r o q u e est m o i n s é v i d e n t e : u n e p e r t u r b a t i o n de t y p e b i o c h i m i q u e n'entraîne p a s n é c e s s a i r e m e n t d e s effets irréversibles pour l'organisme ni, a fortiori, pour les p o p u l a t i o n s . C e p e n d a n t , tout stress e n t r a î n e u n e d é p e n s e é n e r g é t i q u e p o u r l'organisme d o n c un coût, et, s'il se p r o l o n g e , il y a un r i s q u e n o n négligeable q u e d'autres effets a p p a r a i s s e n t (sur la c r o i s s a n c e , la reproduction...) ( A D A M S et al., 1 9 9 0 ; C A L O W , 1991).
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A i n s i , d a n s l'état a c t u e l d e s c o n n a i s s a n c e s , les b i o m a r q u e u r s renseignent davantage sur l'exposition des o r g a n i s m e s à des c o n t a m i n a n t s ( a p p r o c h e diagnostique) q u e sur l'évaluation d'un risque réel pour les populations ( a p p r o c h e prédictive) (LAGADIC et al., 1998). Au fur et à m e s u r e que la réponse m e s u r é e g a g n e en p e r t i n e n c e écologique, elle perd en sensibilité, spécificité et précision pour la détection d'une exposition à un contaminant ( R A P P O R T et al., 1985 ; A D A M S et al., 1990). A contrario, plus les m a r q u e u r s sont sensibles et plus les risques d e « faux positifs » s o n t élevés ( C H A P M A N , 1991). Ainsi, il est par nature impossible d'obtenir s i m u l t a n é m e n t une b o n n e sensibilité (en t e m p s et en concentration) et une bonne représentativité é c o l o g i q u e . C e s variables biologiques, au niveau de l'organisme ou de la population, sont d o n c complémentaires, c h a c u n e a p p o r t a n t sa part d'information s a n s remplacer l'autre (ATTRILL et D E P L E D G E , 1997).
Cette c o m p l é m e n t a r i t é est c o n f i r m é e par d e s é t u d e s récentes qui ont r a s s e m b l é sur le poisson des m e s u r e s de m a r q u e u r s b i o c h i m i q u e s , d e l'état d e s a n t é d e s individus (facteur de condition, état physiologique des o r g a n e s , bilan parasitaire...) et de paramètres populationnels ( K L O E P P E R - S A M S et al., 1994 ; S C H L E N K et al., 1996). Il en ressort que si d e s corrélations existent entre les variables m e s u r é e s au niveau d e l'individu, les liens entre des paramètres individuels et des paramètres populationnels sont q u a n t à eux moins évidents. C e type de constat n'est pas récent (PAYNE, 1984) et traduit la difficulté à lier d e s paramètres par nature éloignés. Plusieurs points p e r m e t t e n t d e l'expliquer.
Réponse du biomarqueur (ex. EROD)
Etat de santé de l'individu
Contaminant (concentration ou durée)
Figure 1
S c h é m a d e r é p o n s e d'un b i o m a r q u e u r ( e x e m p l e d e l ' E R O D ) à la contamination ( c o n c e n t r a t i o n ou durée) et c o m p a r a i s o n a v e c l'état d e s a n t é ( s t r e s s , maladie...) de l'individu (inspiré d e MAYER et al., 1 9 9 2 et d e L A G A D I C et al,, 1 9 9 7 ) .
Figure 1
Biochemical r e s p o n s e (e.g. E R O D ) a n d health ( n o r m a l , s t r e s s , d i s e a s e ) of an o r g a n i s m e x p o s e d t o a c o n t a m i n a n t ( c o n c e n t r a t i o n , t i m e ) ( a d a p t e d f r o m MAYER et al., 1992 a n d L A G A D I C etal., 1 9 9 7 ) .
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D'une part, la m o i n d r e sensibilité d e s p a r a m è t r e s p o p u l a t i o n n e l s implique q u e le d i a g n o s t i c q u i e n résulte t é m o i g n e g é n é r a l e m e n t d ' u n i m p a c t i m p o r t a n t e n t e r m e d'intensité et/ou d e d u r é e , alors q u e p a r a l l è l e m e n t , pour de très fortes c o n t a m i n a t i o n s , les m a r q u e u r s b i o c h i m i q u e s p e u v e n t parfois p r é s e n t e r d e s r é p o n s e s n o n s p é c i f i q u e s . Par e x e m p l e , l o r s q u e l'organisme r é p o n d positivement et s p é c i f i q u e m e n t à la p r é s e n c e d e c e r t a i n s c o n t a m i n a n t s par la s y n t h è s e a c c é l é r é e d ' u n e protéine (« induction »), il est possible q u e , pour d e fortes c o n c e n t r a t i o n s , cette s y n t h è s e soit réduite (du fait d e la toxicité qui s'exerce sur l'organisme) ce qui peut c o n d u i r e à d e s faux négatifs (Figure 1).
La Figure 1 illustre cette difficulté pour un m a r q u e u r b i o c h i m i q u e à distinguer entre toxicité et r é p o n s e d ' a d a p t a t i o n d a n s le c a s précis d u b i o m a r q u e u r induction de l'activité e n z y m a t i q u e E R O D q u e n o u s détaillerons plus loin. C e r t a i n s a u t e u r s ont t e n u c o m p t e de cette toxicité potentielle pour interpréter d e s résultats d a n s d e s c a s c o n c r e t s d ' é t u d e s c o n c e r n a n t le suivi d e s activités m o n o o x y g é n a s e s à c y t o c h r o m e P 4 5 0 c h e z les p o i s s o n s c o m m e b i o m a r q u e u r d e pollution ( L I N D S T R O M - S E P P A et O I K A R I , 1990 ; V I N D I M I A N et al., 1991).
D'autre part, les effectifs d e p o p u l a t i o n s d e p o i s s o n s , o u d'invertébrés, sont étroitement d é p e n d a n t s d e s c o n d i t i o n s d e débit, d e substrat, e t c . . t a n d i s q u e les b i o m a r q u e u r s r é a g i s s e n t en p r e m i e r lieu à la c o n t a m i n a t i o n tout e n étant é t r o i t e m e n t d é p e n d a n t s d ' a u t r e s f a c t e u r s b i o l o g i q u e s (âge, maturité sexuelle...). Cette non-linéarité d e r é p o n s e entre effets p r é c o c e s et effets intégrés ne peut q u e militer e n faveur de la c o m p l é m e n t a r i t é entre b i o m a r q u e u r s et bioindicateurs.
D a n s u n e o p t i q u e d e d é t e c t i o n d e l'exposition d e s o r g a n i s m e s à d e s c o n t a m i n a n t s et d'évaluation p r é c o c e d e r i s q u e s é c o t o x i c o l o g i q u e s , le d é v e l o p p e m e n t et la validation d e b i o m a r q u e u r s s o n t i n d i s p e n s a b l e s . C e p e n d a n t , c e r t a i n s critères doivent être satisfaits et les é t a p e s d e validation doivent s'inscrire d a n s un o r d r e précis.
Ainsi, M A Y E R et al. (1992) ont rappelé les critères p o u r le c h o i x d ' u n b i o m a r q u e u r destiné à u n e utilisation sur le terrain :
1 . m e s u r e s i m p l e et é c o n o m i q u e ;
2. r é p o n s e d é p e n d a n t s i m p l e m e n t d e la c o n c e n t r a t i o n et du t e m p s et q u i p e r m e t t e une quantification d e l'exposition o u d e l'effet à partir d e la m e s u r e d u b i o m a r q u e u r ;
3. b o n n e sensibilité ;
4. influence a u x f a c t e u r s n o n t o x i q u e s ( o r g a n i s m e , e n v i r o n n e m e n t , m é t h o d e ) b i e n c o m p r i s e et d a n s d e s limites a c c e p t a b l e s ;
5. signification b i o l o g i q u e (un i m p a c t sur « l'homéostasie » d e l'individu o u d e la population).
C e s c o n d i t i o n s s o n t r a r e m e n t satisfaites d a n s leur totalité p o u r les m a r q u e u r s b i o c h i m i q u e s c o n n u s ( D E C A P R I O , 1997). En particulier, d a n s le c a s de b i o m a r q u e u r s d o n t la r é p o n s e e s t p l u s d i r e c t e m e n t liée à la c o n c e n t r a t i o n d e s c o n t a m i n a n t s ( b i o m a r q u e u r s d'exposition), la condition 5 n'est p a s remplie, m ê m e si o n peut très b i e n imaginer q u e plus l'intensité d u signal q u e r e p r é s e n t e le b i o m a r q u e u r est élevée et plus le risque d'effets b i o l o g i q u e s irréversibles est i m p o r t a n t .
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M C C A R T H Y (1990) définit cinq étapes d e validation c o m p l è t e d'un b i o m a r q u e u r : 1 . collecte d e d o n n é e s en sites d e r é f é r e n c e et e n sites p o l l u é s (avec la p r é d o m i n a n c e d'un seul polluant) pour évaluer la c a p a c i t é d u b i o m a r q u e u r à distinguer les situations polluées d e s situations non polluées ;
2 . e x p é r i e n c e s d e laboratoire sur d e s e s p è c e s s u s c e p t i b l e s d'être p r é l e v é e s in situ pour quantifier les effets d'une exposition ( m é l a n g e d e polluants, effets long-terme...) ; liens avec d'autres b i o m a r q u e u r s ;
3. collecte de d o n n é e s sur d e s sites avec d e s situations c o m p l e x e s d e pollution en utilisant plusieurs b i o m a r q u e u r s ;
4. é t u d e du pouvoir prédictif des b i o m a r q u e u r s q u a n t à d e s effets à d e s niveaux biologiques supérieurs (reproduction...) ;
5. prédiction d e s risques pour l ' h o m m e .
E X E M P L E S D ' U T I L I S A T I O N D E B I O M A R Q U E U R S E N M I L I E U A Q U A T I Q U E
Nous allons présenter s u c c e s s i v e m e n t q u e l q u e s e x e m p l e s de b i o m a r q u e u r s étudiés c h e z les poissons qui traduisent r e s p e c t i v e m e n t l'exposition d e s o r g a n i s m e s à certaines familles de m o l é c u l e s : m o d u l a t i o n d'activités e n z y m a t i q u e s , c a s s u r e d e s i m p l e et de double brin d ' A D N (effet génotoxique), p e r t u r b a t i o n de la s y n t h è s e de vitellogénine (altération de la reproduction).
M e s u r e d e l'induction d e l ' E R O D
Le b i o m a r q u e u r qui a été ie plus étudié j u s q u ' à présent c h e z le p o i s s o n est c e r t a i n e m e n t l'induction d u c y t o c h r o m e P 4 5 0 1A e n particulier au n i v e a u du tissu hépatique. Elle peut renseigner sur l'exposition d e s o r g a n i s m e s à d e s polluants majeurs de l'environnement tels q u e les H A P s , P C B s , o r g a n o c h l o r é s .
Les p r e m i è r e s é t u d e s e f f e c t u é e s in situ d a t e n t d e s a n n é e s 7 0 (PAYNE et P E N R O S E , 1975 ; PAYNE, 1976). L'induction peut être quantifiée en particulier par la m e s u r e de l'activité m o n o o x y g é n a s e E R O D ( E t h o x y R é s o r u f i n e - O - D é é t h y l a s e ) catalysée s p é c i f i q u e m e n t par le c y t o c h r o m e P 4 5 0 1A. U n c e r t a i n n o m b r e d ' é t u d e s ont c o n c e r n é les zones côtières a m é r i c a i n e s ( S T E G E M A N et al., 1987) o u f r a n ç a i s e s ( L A F A U R I E et al., 1989 ; G A L G A N I et al., 1991 ; N A R B O N N E et al., 1991). En milieu c o n t i n e n t a l , les études ont été centrées sur la caractérisation d e c e s s y s t è m e s e n z y m a t i q u e s c h e z d e s poissons issus du milieu naturel et sur l'évaluation de l'impact de c e r t a i n s effluents d'usines (industrie c h i m i q u e , papeteries, usines d'incinération de PCBs...) ( M O N O D et al., 1987 ; M O N O D et al., 1988 ; L I N D S T R Ô M - S E P P Â et O I K A R I , 1988 ; M A S F A R A U D et al., 1 9 9 0 ; V I N D I M I A N et al., 1991 ; G A R R I C et al., 1994 ; F L A M M A R I O N , 1997). A p r è s plusieurs a n n é e s d'expérimentation, l'induction de l'activité E R O D est a c t u e l l e m e n t envisagée c o m m e outil de biosurveillance au sein d u R é s e a u N a t i o n a l d ' O b s e r v a t i o n d e la qualité du milieu m a r i n , le R N O , par l ' I F R E M E R . A u niveau e u r o p é e n , c e b i o m a r q u e u r fait partie de la batterie de m é t h o d e s en cours de validation m é t h o d o l o g i q u e d a n s le c a d r e du projet
« B i o l o g i c a l M A R k e r s of environmental c o n t a m i n a t i o n in m a r i n e e c o s y s t e m » (BIOMAR).
Des s y n t h è s e s bibliographiques t é m o i g n e n t d e l'étendue d e s é t u d e s réalisées (PAYNE et al. 1987 ; G O K S 0 Y R et F Ô R L I N , 1992 ; S T E G E M A N et al., 1 9 9 2 ; BUCHELI et F E N T , 1995 ; M O N O D , 1997b ; F L A M M A R I O N et al., 1998). Les connaissances a c c u m u l é e s sur ce b i o m a r q u e u r montrent q u e les d e u x p r e m i è r e s é t a p e s définies ci- dessus par M C C A R T H Y (1990) ont été franchies. Lutilisation conjointe d e plusieurs
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b i o m a r q u e u r s , s e n s i b l e s à différentes familles d e c o n t a m i n a n t s , et de bioindicateurs sur d e s sites c o m m u n s p r é s e n t a n t d e s p o l l u t i o n s c o m p l e x e s p e r m e t t r a i t d ' a t t e i n d r e le troisième objectif. Les objectifs 4 et 5 ne seront q u a n t à e u x p r o b a b l e m e n t j a m a i s atteints d a n s le c a s du b i o m a r q u e u r induction d e l'EROD.
M e s u r e d e l'Inhibition d e l'activité a c é t y l c h o l i n e s t é r a s i q u e
La m e s u r e de l'inhibition de l'activité A c é t y l C h o l i n E s t é r a s i q u e (AChE) d a n s le muscle d e p o i s s o n est un b i o m a r q u e u r dont l'expression traduit s p é c i f i q u e m e n t l'exposition d e s p o i s s o n s à d e s produits phytosanitaires d e la famille d e s o r g a n o p h o s p h o r é s ou de celle d e s c a r b a m a t e s ( B O C Q U É N É et al., 1990 ; B O C Q U E N E et al., 1993 ; PAYNE et al., 1996). L'inhibition est p r o v o q u é e é g a l e m e n t , m a i s de m a n i è r e n o n spécifique, par d e s c o n t a m i n a t i o n s métalliques. C e p e n d a n t la c o n n a i s s a n c e exhaustive d e t o u s les inhibiteurs potentiels d e l'activité a c é t y l c h o l i n e s t é r a s i q u e n'est p a s e n c o r e a c q u i s e (PAYNE et al., 1996).
C e b i o m a r q u e u r a p r i n c i p a l e m e n t été utilisé e n m i l i e u m a r i n ( G A L G A N I et B O C Q U É N É , 1998). Pour les p o i s s o n s d e s milieux a q u a t i q u e s c o n t i n e n t a u x , cette m e s u r e s'est é g a l e m e n t révélée intéressante ( R I C H E R T , 1 9 9 4 ; PAYNE et al., 1996). L'inhibition o b s e r v é e c h e z les p o i s s o n s d'une rivière du Beaujolais ( R I C H E R T , 1994) a été vérifiée en l a b o r a t o i r e p o u r les c o n c e n t r a t i o n s m e s u r é e s in situ d ' u n o r g a n o p h o s p h o r é ( F L A M M A R I O N et ai., 1996).
O n c o n s i d è r e g é n é r a l e m e n t q u e d e s inhibitions de l'ordre d e 5 0 % sont déjà s u s c e p t i b l e s d'entraîner u n e mortalité à c o u r t t e r m e (PAYNE et al., 1996) et o n o b s e r v e q u e les inhibitions s o n t significatives pour d e s expositions à d e s c o n c e n t r a t i o n s en c o n t a m i n a n t s p r o c h e s d e la toxicité létale ( F L A M M A R I O N et al., 1996). C e b i o m a r q u e u r n'est d o n c p a s p a r m i les plus s e n s i b l e s , m a i s e n c o n t r e p a r t i e l'inhibition est le signe objectif d e d é s o r d r e s i m p o r t a n t s sur le c o m p o r t e m e n t , la respiration (PAYNE et al., 1996).
Lutilisation sur le terrain de c e b i o m a r q u e u r a j u s q u ' à présent été p e u r é p a n d u e h o r m i s en milieu m a r i n et il m a n q u e c e r t a i n e m e n t q u e l q u e s efforts e x p é r i m e n t a u x d e terrain ou d e laboratoire pour franchir les é t a p e s d e validation 1 et 2 définies par M C C A R T H Y (1990) (voir c i - d e s s u s ) .
É v a l u a t i o n d e l'impact g é n o t o x i q u e
Si la m e s u r e d e m a r q u e u r s e n z y m a t i q u e s (induction d e l'EROD, inhibition d e l'AChE) peut a p p o r t e r d e s i n f o r m a t i o n s sur le d e g r é d e pollution d e s milieux a q u a t i q u e s et sur la biodisponibilité de c e r t a i n s polluants, elle n'est c e p e n d a n t pas suffisante pour évaluer d e s d o m m a g e s significatifs au plan é c o t o x i c o l o g i q u e a u n i v e a u d e s individus et des p e u p l e m e n t s piscicoles e x p o s é s . D a n s ce c a d r e , il est a d m i s q u e le suivi d e b i o m a r q u e u r s d'effet d e s polluants, c o m m e les m a r q u e u r s de génotoxicité, a p p o r t e n t d e s i n f o r m a t i o n s s u p p l é m e n t a i r e s d a n s l'analyse d e s effets sur les o r g a n i s m e s vivants ( R E T H E R et al., 1997). En effet, la possibilité de mettre e n é v i d e n c e d e s altérations irréversibles d u g é n o m e a n i m a l r e p r é s e n t e un niveau pertinent d e l'expression d e la toxicité d e s polluants, e u é g a r d a u x d é s o r d r e s ultérieurs a u x q u e l s ils p e u v e n t c o n d u i r e lors d ' é t a p e s - c l é s c o m m e la r e p r o d u c t i o n ( A N D E R S S O N et W I L D , 1994).
L a m é t a b o l i s a t i o n d e x é n o b i o t i q u e s tels q u e les H A P s peut d a n s c e r t a i n e s situations d o n n e r n a i s s a n c e à d e s m e t a b o l i t e s très réactifs s u s c e p t i b l e s d e se lier à l'ADN e n f o r m a n t d e s produits d'addition (adduits). La m e s u r e de ces a d d u i t s à l ' A D N , à la fois in vitro d a n s d e s cultures cellulaires o u ex vivo c h e z d e s p o i s s o n s , a fait l'objet d ' u n e littérature très a b o n d a n t e ( D U N N et al., 1 9 8 7 ; V A R A N A S I et al., 1 9 8 9 a et b ; K U R E L E C et
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al., 1989 et 1991 ; M A S F A R A U D et ai., 1992a et b ; VAN DER O O S T et ai., 1994). Parmi les techniques de mesure des adduits, ia technique dite du post-marquage a u 3 2P est adaptée aux études de terrain. Elle est très sensible mais reste lourde de m i s e e n œ u v r e ( M A S F A R A U D et al., 1992a et b). L'essai comètes en conditions alcalines, plus accessible sur le plan expérimental, a été proposé récemment pour mettre en évidence l'effet génotoxique que représente l'apparition de cassures simple et double brin de l'ADN nucléaire de différents types de cellules (DEVAUX et ai., 1997). Cette technique a franchi une première étape de validation sur le terrain en suivant l'impact génotoxique d e s polluants chez les poissons de différentes stations de l'Ain et du Rhône présentant une contamination différenciée. Les résultats obtenus d a n s le cadre de l'étude d e c e biomarqueur de génotoxicité ont permis de discriminer différentes stations sur le plan d e la contamination par des molécules c o m m e les P C B s et les métaux lourds, confortant ainsi les résultats de l'analyse chimique sur sédiments et muscles de poisson (DEVAUX et al., 1998). Des études de terrain actuellement en cours dans les bassins de la Moselle et d u Rhône devraient permettre de progresser d a n s la validation de ce biomarqueur.
M e s u r e de vitellogenins
De nombreux composés, organochlorés (DDT, PCBs, e t c . ) , ou d e s s u b s t a n c e s largement présentes dans les effluents de station d'épuration, c o m m e par exemple les produits de dégradation de détergents alkylphénol polyéthoxylés ou les phtafates, ont été reconnus c o m m e pouvant induire des perturbations du système endocrinien e n induisant une activité oestrogène mimétique plus ou moins importante chez le poisson m â l e (JOBLING et al., 1996 ; T Y L E R et al., 1996). Des études in situ, en aval de rejets de station d'épuration ont mis en évidence une telle activité oestrogénique c h e z d e s truites mâles exposées en aval des rejets, en relation avec une contamination du milieu par d e s alkylphénols ( H A R R I E S étal., 1996 et 1997).
Pour détecter l'exposition des poissons à des c o m p o s é s de ce type, lors d'études in situ ou en laboratoire, il est possible de mesurer une lipoprotéine plasmatique, la ViTelloGénine (VTG), précurseur du vitellus de l'œuf du poisson et synthétisée par le foie au cours de la vitellogénèse. Cette augmentation de la concentration en vitellogénine, oestrogène-dépendante, n'a pas lieu chez les mâles ni chez les individus immatures, sauf dans les cas d'exposition à des substances oestrogéniques où les concentrations mesurées peuvent alors atteindre des niveaux équivalents à ceux m e s u r é s c h e z d e s femelles matures. La mesure est réalisée par détection immunologique de la protéine sur d u p l a s m a s a n g u i n prélevé sur les p o i s s o n s e x p o s é s ( T Y L E R et al., 1 9 9 6 ; C H R I S T I E N S E N et al., 1997).
De nombreuses équipes se sont intéressées à l'utilisation de c e b i o m a r q u e u r c h e z les poissons surtout depuis quelques années. Les études en cours visent essentiellement à préciser les substances susceptibles d'induire la synthèse de vitellogénine et à étudier les liens potentiels entre l'induction et des altérations au niveau d e s o r g a n e s de reproduction, c o m m e la présence d'ovocytes dans les testicules, ou des c o n s é q u e n c e s sur la différenciation sexuelle ou la fécondité des individus ( J O B L I N G et al., 1998 ; F L A M M A R I O N e r a / . , 2000).
Signification biologique des biomarqueurs présentés
A l'occasion de l'interprétation des résultats obtenus avec les e x e m p l e s d e biomarqueurs présentés ci-dessus se pose systématiquement la question d e la limite floue entre adaptation et toxicité. Autrement dit, est-ce que la réponse biochimique m e s u r é e est le signe d'une réelle toxicité ou simplement une adaptation de l'organisme à un environnement pollué ? Cette discussion rejoint celle d u c o m p r o m i s délicat entre
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sensibilité et s i g n i f i c a t i o n é c o l o g i q u e r é s u m é d a n s u n p a r a g r a p h e p r é c é d e n t . L e s exemples d e l ' E R O D et d e ('acetylcholinesterase illustrent r e s p e c t i v e m e n t un b i o m a r q u e u r sensible signalant la r é p o n s e a d a p t a t i v e d u p o i s s o n et un b i o m a r q u e u r m o i n s sensible mais dont la r é p o n s e significative est c o n c o m i t a n t e à l'apparition d ' u n e toxicité a v é r é e . Globalement les r é p o n s e s d e s b i o m a r q u e u r s p r é s e n t é s ici n e r e p r é s e n t e n t p a s per se un événement t o x i q u e p o u r l ' o r g a n i s m e si les c o n s é q u e n c e s d é l é t è r e s d e c e s modifications biochimiques ne sont p a s a n a l y s é e s a u n i v e a u d e l'individu o u d e la p o p u l a t i o n . Les biomarqueurs r e p r é s e n t a n t a v a n t tout d e s s y s t è m e s d ' a l a r m e p r é c o c e s d e l'exposition d e s organismes à d e s p o l l u a n t s , Il est a l o r s n é c e s s a i r e d e r e c h e r c h e r les corrélations p o u v a n t exister entre l'évolution d e c e s b i o m a r q u e u r s et d e s d é s o r d r e s ultérieurs tels q u e par exemple l ' a p p a r i t i o n d e m a l a d i e s , d e m o d i f i c a t i o n s a u n i v e a u p o p u l a t i o n n e l (« bottleneck », a u g m e n t a t i o n d u t a u x m o y e n d ' h o m o z y g o t i e ) , é v é n e m e n t s s'inscrivant dans une é c h e l l e d e t e m p s b e a u c o u p p l u s large ( M C C A R T H Y et S H U G A R T , 1 9 9 0 ; S H U G A R T e t T H E O D O R A K I S , 1 9 9 6 ) . C e p e n d a n t , n o u s r a p p e l o n s q u e la n a t u r e multifactorielle d e l'origine d e c e s é v é n e m e n t s r e n d g é n é r a l e m e n t difficile la m i s e en évidence d ' u n e relation d e t y p e c a u s a l . S e l o n B A Y N E (1980) un effet b i o c h i m i q u e d'un polluant est c o n s i d é r é c o m m e s i g n i f i c a t i v e m e n t t o x i q u e s'il e n t r a î n e u n e réduction d e valeur sélective. M a i s c e t t e définition s u p p o s e d e pouvoir m e s u r e r effectivement la valeur sélective et de faire la relation e n t r e la réduction de valeur sélective et les m o d i f i c a t i o n s biochimiques e n r e g i s t r é e s .
Q u e l q u e s i n f o r m a t i o n s p r a t i q u e s
Le t a b l e a u c i - d e s s o u s (Tableau I) fournit q u e l q u e s é l é m e n t s relatifs a u x m e s u r e s d e ces quatre b i o m a r q u e u r s . Le m a t é r i e l n é c e s s a i r e est p r i n c i p a l e m e n t un é q u i p e m e n t classique de laboratoire d e b i o c h i m i e . S u r le terrain t o u t e s c e s t e c h n i q u e s s u p p o s e n t cependant un é c h a n t i l l o n n a g e d e s p o i s s o n s p a r p ê c h e électrique, c e q u i peut nécessiter une sous-traitance ou un p a r t e n a r i a t .
Tableau I
Q u e l q u e s c a r a c t é r i s t i q u e s e t m o d a l i t é s p r a t i q u e s d e q u a t r e m a r q u e u r s b i o c h i m i q u e s m e s u r é s c h e z le p o i s s o n .
Table I
General c h a r a c t e r i s t i c s a n d p r o t o c o l s of f o u r fish b i o c h e m i c a l m a r k e r s .
E R O D AChE Essai des Comètes VTG
Type de méthode activité enzymatique
activité enzymatique
électrophorèse ADN immunochimie
Tissus foie muscle cellules sanguines sang (plasma)
Conservation azote liquide azote liquide 4CC en tube héparine plasma conservé à
- 8 0CC
Equipement équipement de
biochimie, fluorimètre (au total 150kF)
équipement de biochimie, colorîmètre (au total 100kF)
électrophorèse, étuve, microscope optique à épifluorescence, analyse d'images (au total 200kF)
équipement de biochimie, colorimètre (au total 150kF) Coût
approximatif*
5F/poisson 5F/poisson 10F/poisson 10F/poisson
h o r s temps de travail, amortissement, pêche électrique.
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P R O P O S I T I O N S D ' O P T I M I S A T I O N D U S U I V I D E C E S B I O M A R Q U E U R S
A c o u r t t e r m e , q u e l q u e s propositions c o n c r è t e s p e u v e n t être a v a n c é e s pour améliorer et valider l'utilisation de ces b i o m a r q u e u r s d a n s une perspective d ' é t u d e s en routine.
Intégration d a n s un r é s e a u d e m e s u r e s
Il est délicat d'avancer un diagnostic fondé sur les résultats d'un seul site. Il convient e n effet de c o m p a r e r ces résultats à c e u x o b t e n u s plus à l'amont o u plus à l'aval (références g é o g r a p h i q u e s ) , ou encore par rapport à d e s m e s u r e s réalisées auparavant sur le m ê m e site (références t e m p o r e l l e s ) . Le m a x i m u m d'information est d o n c obtenu d a n s le c a d r e d ' u n r é s e a u dont les sites sont é c h a n t i l l o n n é s avec u n e fréquence c o m p a t i b l e avec la variable biologique utilisée. Un r é s e a u doit d o n c avoir u n e bonne c o u v e r t u r e spatiale ainsi q u ' u n e pérennité suffisante ; et c e l a tant pour d o n n e r au gestionnaire une information sur la t e n d a n c e évolutive (signe d e b o n n e gestion o u d'une dégradation) q u e pour permettre aux scientifiques de m i e u x c o m p r e n d r e le fonctionnement du s y s t è m e étudié. Par e x e m p l e , l'échelle de t e m p s c o m p a t i b l e avec un suivi de l'EROD est d e l'ordre du m o i s et l'échelle e s p a c e est de l'ordre d e la dizaine de kilomètres pour être c o h é r e n t e avec la mobilité de certaines e s p è c e s de p o i s s o n s . O n peut e n déduire le r é s e a u et la f r é q u e n c e c o r r e s p o n d a n t s . M a i s c o m p t e t e n u d u coût d ' u n tel échantillonnage, il est possible de différencier les points à risque (effluents à étudier s p é c i f i q u e m e n t ) , des points de suivi qualité (type R é s e a u National de Bassins). Les s e c o n d s ne nécessitent q u ' u n suivi a n n u e l pour évaluer les g r a n d e s t e n d a n c e s évolutives ( d é g r a d a t i o n ou restauration). A condition q u e les facteurs naturels de variabilité d e s b i o m a r q u e u r s (par e x e m p l e e s p è c e et maturité sexuelle d e s p o i s s o n s pour l'EROD) soient bien pris en c o m p t e , cette a c c u m u l a t i o n de d o n n é e s routinières permettrait d e d é g a g e r des t e n d a n c e s d'évolution spatiale et temporelle de la c o n t a m i n a t i o n tout en validant la qualité des b i o m a r q u e u r s q u a n t à la prédiction d'effets irréversibles à long t e r m e .
Lutilisation d'une nouvelle variable biologique en routine d a n s un p r o g r a m m e de biosurveillance doit être p e n s é e d e f a ç o n rigoureuse. Toutefois, c e r t a i n s b i o m a r q u e u r s en s o n t à un point suffisant d e maturité pour être intégrés d a n s un p r o g r a m m e d e routine. A petite échelle, la m e s u r e de l'activité E R O D sur trois e s p è c e s d e c y p r i n i d é s a p e r m i s le suivi de sites p e u pollués ou pollués d a n s le bassin du R h ô n e ( F L A M M A R I O N , 1997), c o n f i r m a n t les résultats d'études antérieures sur ce bassin fluvial ( M O N O D et al., 1988).
La prise en c o m p t e d e s activités E R O D en sites p e u pollués ainsi q u e la quantification de l'influence de la maturité sexuelle des femelles a abouti à l'élaboration de classes d'induction E R O D (de 1 à 5 selon la c o n t a m i n a t i o n du site) ( F L A M M A R I O N , 1 9 9 7 ; F L A M M A R I O N et G A R R I C , 1999). A plus vaste échelle, un e x e m p l e n o u s est fourni par le R N O en milieu m a r i n : a p r è s les premières a n n é e s d e mise en place, une h a r m o n i s a t i o n d e s conditions d'échantillonnage et de m e s u r e de l ' E R O D a p e r m i s de suivre d a n s le t e m p s et l'espace les sites choisis ( L A G A D I C et al., 1998). D a n s la m ê m e optique, et pour favoriser l'acquisition d'une m é t h o d e de m e s u r e c o m m u n e a u x différents laboratoires, il paraît indispensable d ' e n g a g e r dès à présent, d e s é t u d e s de s t a n d a r d i s a t i o n et de normalisation d e s m é t h o d e s ( G O K S 0 Y R et F Ô R L I N , 1992). En ce qui c o n c e r n e le d o s a g e d e l'activité E R O D , p l u s i e u r s e x e r c i c e s d ' i n t e r c o m p a r a i s o n ont été c o n d u i t s entre laboratoires e u r o p é e n s de l'Atlantique Nord et de la M é d i t e r r a n é e (STAGG et A D D I S O N , 1995 ; V A N D E N H E U V E L ef al., 1995, V I A R E N G O et al., 2 0 0 0 ) . D'autres p r o g r a m m e s sont e n c o u r s e n particulier d a n s le c a d r e d e la biosurveillance e n milieu m a r i n .
É v a l u a t i o n d e n i v e a u x d e r é f é r e n c e
L e s b i o m a r q u e u r s sont s o u m i s à d e s facteurs biologiques d e variabilité (âge, maturité sexuelle, e s p è c e , e t c . . ) d o n t il s'agit de connaître le plus p r é c i s é m e n t possible les influences afin de faire la part d e ce qui est réellement dû à la pollution. Cette
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c o n n a i s s a n c e p a s s e e n t r e a u t r e s par la r e c h e r c h e d e v a l e u r s d e r é f é r e n c e (en situation non polluée) ( M A Y E R et al., 1 9 9 2 ) . L e c h o i x d e s c o n d i t i o n s d e r é f é r e n c e d é t e r m i n e la détection et la q u a n t i f i c a t i o n d ' u n i m p a c t ( N I X O N et al., 1 9 9 6 ) . En c e qui c o n c e r n e les biomarqueurs, p e u d ' é t u d e s o n t p o r t é leur effort principal sur l'évaluation d e v a l e u r s d e référence. Si c e l a a d é j à été a b o r d é d a n s le c a s d e l'induction d e l ' E R O D ( B A L K et al., 1996 ; F L A M M A R I O N et G A R R I C , 1 9 9 7 ) , rien d e tel n'a e n c o r e été publié sur les trois autres b i o m a r q u e u r s d o n t il est q u e s t i o n ici. U n e d e s p r i n c i p a l e s difficultés réside d a n s la quasi-impossibilité d e t r o u v e r d e s z o n e s e x e m p t e s d e p o l l u t i o n et d e t o u t e t r a c e d'activité humaine ( A M I A R D et al., 1 9 9 8 ) . S e u l e r e s t e f a i s a b l e l ' é t a b l i s s e m e n t d e r é f é r e n c e s relatives o b t e n u e s d a n s les sites les m o i n s p o l l u é s p o s s i b l e d o n t il s'agirait d e s u i v r e s c r u p u l e u s e m e n t les n i v e a u x e n c o n t a m i n a n t s .
É t u d e d e b i o m a r q u e u r s c h e z d ' a u t r e s o r g a n i s m e s
L'intégrité b i o l o g i q u e d e s p o i s s o n s e s t g é n é r a l e m e n t c o n s i d é r é e c o m m e représentative d e c e l l e d e l ' é c o s y s t è m e d a n s s a g l o b a l i t é ( A D A M S et al., 1 9 9 3 ) . Cependant les p o i s s o n s , c o n t r a i r e m e n t a u x i n v e r t é b r é s , p e u v e n t p r é s e n t e r u n e c e r t a i n e mobilité. Pour t e n t e r d e pallier c e t t e difficulté, o n p e u t utiliser d e s p o i s s o n s d ' é l e v a g e placés d a n s d e s c a g e s ( F E N E T et al., 1996) o u d a n s d e s b a s s i n s e x p é r i m e n t a u x d e dérivation d e l'effluent in situ ( K O S M A L A et al., 1 9 9 8 ) . C e s t e c h n i q u e s p r é s e n t e n t cependant d ' a u t r e s limites m é t h o d o l o g i q u e s . D e c e fait, l'utilisation d ' i n v e r t é b r é s est u n e piste i n t é r e s s a n t e p o u r l'avenir ; d ' a u t a n t plus q u e la possibilité d e m e s u r e r u n c e r t a i n nombre d e m a r q u e u r s b i o c h i m i q u e s c h e z les i n v e r t é b r é s a d é j à é t é c o n f i r m é e d e p u i s u n e dizaine d ' a n n é e s ( V I A R E N G O et al., 1 9 8 7 ; R I B E R A et al., 1 9 8 9 ; G A R R I G U E S et al., 1990 ; M A L L E Y et al., 1 9 9 3 ; L I V I N G S T O N E et al., 1 9 9 5 ; C O S S U et al., 1 9 9 7 ; E S C A R T I N et P O R T E , 1 9 9 7 ; A M I A R D - T R I Q U E T et al., 1 9 9 8 ; M O R A , 1 9 9 8 ; P E L L E R I N - M A S S I C O T T E et T R E M B L A Y , 1 9 9 8 ) .
C O N C L U S I O N
A c t u e l l e m e n t , les g e s t i o n n a i r e s s o u c i e u x d e l ' e n v i r o n n e m e n t d i s p o s e n t d ' u n c e r t a i n nombre d e m a r q u e u r s b i o c h i m i q u e s d e pollution plus o u m o i n s v a l i d é s . C e s b i o m a r q u e u r s traduisent u n e r é p o n s e p r é c o c e d e l ' o r g a n i s m e e x p o s é à d e s c o n t a m i n a n t s . Ils s o n t d e fait un c o m p l é m e n t é v i d e n t d e s p r o g r a m m e s d e s u r v e i l l a n c e c h i m i q u e e n t r a d u i s a n t un r i s q u e pour les o r g a n i s m e s d e s é c o s y s t è m e s a q u a t i q u e s .
D e par leur s p é c i f i c i t é et leur p r é c o c i t é , les b i o m a r q u e u r s s o n t d e s outils d e g e s t i o n à fort p o t e n t i e l , e n p a r t i c u l i e r d a n s le c a d r e d ' u n d i a g n o s t i c e n v i r o n n e m e n t a l p r é a l a b l e à des investigations p l u s c o û t e u s e s e n t e m p s et e n é n e r g i e , s a n s p r é j u g e r d e la n a t u r e , e n termes de toxicité o u d ' a d a p t a t i o n , d e s i n f o r m a t i o n s qu'ils f o u r n i s s e n t à l'observateur, et m ê m e si u n travail i m p o r t a n t reste à faire sur leur v a l e u r prédictive q u a n t à d e s i m p a c t s a u niveau d e s p o p u l a t i o n s ( M O N O D , 1 9 9 7 a ; L A G A D I C et al., 1 9 9 8 ) . U n d i a g n o s t i c d e la qualité d e s é c o s y s t è m e s a q u a t i q u e s doit r e p o s e r s u r p l u s i e u r s v a r i a b l e s b i o l o g i q u e s c o m p l é m e n t a i r e s , c a r l'effet b i o l o g i q u e n'est p a s e n g é n é r a l s p é c i f i q u e d ' u n s e u l contaminant. Il a p p a r a î t q u e , d a n s l'état a c t u e l d e s c o n n a i s s a n c e s , il faille privilégier u n e c o m b i n a i s o n à la fois d e b i o m a r q u e u r s et d e b i o i n d i c a t e u r s d o n t la c o m p l é m e n t a r i t é d e diagnostics p e r m e t t e d e d é t e r m i n e r e n t e m p s réel l'état d e s a n t é d e l ' o r g a n i s m e et d e s populations, d e g u i d e r les efforts d e r e s t a u r a t i o n et d ' é v a l u e r les résultats d e la g e s t i o n des milieux ( V I N D I M I A N et G A R R I C , 1 9 9 2 ; C O R M I E R et D A N I E L , 1 9 9 4 ) . Un suivi à l o n g terme de b i o m a r q u e u r s , c o u p l é s à d e s m e s u r e s de p e r t u r b a t i o n s é c o l o g i q u e s , p e r m e t t r a i t de c o n c l u r e sur l'évaluation d u r i s q u e é c o l o g i q u e q u i est p o t e n t i e l l e m e n t a p p o r t é e par les b i o m a r q u e u r s ( L A G A D I C et al., 1 9 9 8 ) .
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A f i n d e p o u r s u i v r e leur validation, il s'agit d è s à présent d'intégrer les biomarqueurs d a n s les r é s e a u x d e m e s u r e e n fonction d e leur état d e m a t u r i t é (connaissances, intercalibration). Le p r é l è v e m e n t de poisson étant réalisé, il est judicieux d'étudier en parallèle plusieurs b i o m a r q u e u r s afin d ' a u g m e n t e r la fiabilité du diagnostic, et de diminuer les c o û t s m a r g i n a u x d e s différentes m e s u r e s . L'intégration d e s b i o m a r q u e u r s d a n s un r é s e a u de t y p e R é s e a u H y d r o b i o l o g i q u e et Piscicole rendrait ainsi possible la mesure d ' u n e batterie de b i o m a r q u e u r s à m o i n d r e coût en profitant d e s p r é l è v e m e n t s d e poissons réalisés e n routine c h a q u e a n n é e par le C o n s e i l S u p é r i e u r de la P ê c h e . La m e s u r e d'une batterie de variables biologiques est n é c e s s a i r e car il n'existe p a s d e b i o m a r q u e u r idéal, ni informatif sur t o u t e s les m o l é c u l e s c h i m i q u e s , ni prédictif q u a n t a u x effets à t o u s les niveaux d'intégration biologique.
R E M E R C I E M E N T S
C e travail a bénéficié d e s d i s c u s s i o n s f r u c t u e u s e s qui ont e u lieu d a n s le c a d r e à la fois d u pilotage d ' u n travail de doctorat en Toxicologie de l ' E n v i r o n n e m e n t ( F L A M M A R I O N ,
1 9 9 7 ) et d u p r o j e t d e r e c h e r c h e R E F E R O D f i n a n c é par le G I P H y d r o s y s t è m e s ( P r o g r a m m e Variables Biologiques).
B I B L I O G R A P H I E
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