Approches interrogeant les effets biologiques
Selim Aït-Aïssa, INERIS
Magalie Baudrimont, UMR-EPOC, Université de
Bordeaux
Evaluation de la qualité chimique
Effets de mélanges
Produits de transformation
Composés inconnus
Risque pour l’environnement
Diagnostic chimique basé sur une liste de substances
individuelles
Comment prendre en compte la complexité des mélanges et leurs effets?
Diagnostic basé sur des outils biologiques
Effets biologiques : deux approches complémentaires dans REGARD
• Bioessais cellulaires in vitro (laboratoire)
Toxicité des eaux collectées
• Biomarqueurs in vivo (terrain)
Effets sur des organismes exposés dans le milieu
Effets biologiques : deux approches complémentaires dans REGARD
• Bioessais cellulaires in vitro (laboratoire)
Toxicité des eaux collectées
• Biomarqueurs in vivo (terrain)
Effets sur les organismes exposés dans le milieu
Bioessais in vitro basés sur le mécanisme d’action des polluants au niveau cellulaire
Activité biologique Œstrogénique
Exemples de
micropolluants détectés
Œstrogènes naturels et synth., alkyplhénols, parabènes, fltres UV, bisphénols, certains pesticides…
Mécanisme / Récepteur
ER
Dioxin-like HAP-like
Hydrocarbures aromatiques polycycliques et dérivés, dioxines, furanes, PCB-DL AhR
Androgénique et Glucocorticoïde (co-détection)
Stéroïdes naturels et synthétiques (pharma), pesticides, alkyphénols, glucocorticoïdes (pharma)…
AR GR
Quantification en équivalents- toxiques (TEQ)
Application des bioessais à la zone urbaine bordelaise
• Caractériser les niveaux de
contamination par des composés à activité de perturbateurs
endocriniens et dioxin-like au sein du réseau
• Identifier des sources de contaminations
• Comparer avec le diagnostic
chimique
Ex.: activité oestrogénique dans les eaux usées et dans le milieu naturel
Norme de Qualité Environnementale de l’oestradiol = 0,4 ng/L
Bilan bio-analytique de la zone urbaine
1 10 100 1000 10000
Unité relative aux concentrations mesurées dans le milieu naturel (avant rejet STEU)
Exutoires pluviaux
ER AR / GR
AhR
ER AR AhR
Milieu naturel
ER AR AhR ER
AR/GR AhR
Entrée Sortie
STEU
Eaux usées de ZI
Eaux usées hospitalières
Eaux usées domestiques
ER AR AhR
Pluvial rocade
Pluvial urbain
Station de traitement des eaux usées
Conclusions
• Pertinence d’une approche basée sur les bioessais pour tracer les contaminants organiques et identifier leurs sources au sein du réseau
• Eaux usées = sources majeures de composés oestrogéniques, androgéniques, glucocorticoïdes (hôpital) et dioxin-like
• Elimination par la STEU (75% à 94%) mais certaines activités persistent (activités oestrogénique et glucocorticoïde) et sont retrouvées dans le milieu naturel
(oestrogénique)
• Eaux pluviales: principalement des activités médiées par les HAP, ponctuellement par des activités PE (pluvial urbain)
• Ce bilan conforte et complète celui dressé par le diagnostic chimique. Il plaide pour un traitement des eaux usées de certains sites (e.g. hôpital) et un changement des pratiques/traitement pour aider à réduire la présence des PE
Effets biologiques : deux approches complémentaires dans REGARD
• Bioessais cellulaires in vitro (laboratoire)
Toxicité des eaux collectées
• Biomarqueurs in vivo (terrain)
Effets sur des organismes exposés dans le milieu
Sens du courant
Jalle du Taillan
Jalle d’Eysines Jalle de Blanquefort
Garonne
STEU EP
Rocade Site d’étude
Objectifs : Caractérisation des effets in situ sur la Jalle de Blanquefort.
Méthode : Biosurveillance active à l’aide de Corbicula fluminea.
Technique : Séquençage du « transcriptome ».
Effets sur des organismes exposés dans le milieu
3 mois : Décembre 2015 – Mars 2016
Encagement de C. fluminea
Bertucci et al, EES, 2018
1 - Accumulation de métaux après 3 mois d’encagement
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Déc.-Mars 16 Mars-Mai 16
Concentrations Al (mg/kg PS)
Concentrations Al (mg/kg PS) - Exposition 3 mois (moyenne, erreur type)
Référence Mn-Jal-CAUP Mn-Jal-THILL1 Mn-Jal-LACA Mn-Jal-CANT4 Mn-Jal-ROC5 Mn-Jal-RES6 c
a ab d
abc d
b cd cd
abc e
d e
a
0 500 1000 1500 2000 2500
Déc.-Mars 16 Mars-Mai 16
Concentrations Fe (mg/kg PS)
Concentrations Fe (mg/kg PS) - Exposition 3 mois (moyenne, erreur type)
Référence Mn-Jal-CAUP Mn-Jal-THILL1 Mn-Jal-LACA Mn-Jal-CANT4 Mn-Jal-ROC5 Mn-Jal-RES6 e ef
b
cde c
f cd cd
ef b
cd b
f
d
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Déc.-Mars 16 Mars-Mai 16
Concentrations V (mg/kg PS)
Concentrations V (mg/kg PS) - Exposition 3 mois (moyenne, erreur type)
Référence Mn-Jal-CAUP Mn-Jal-THILL1 Mn-Jal-LACA Mn-Jal-CANT4 Mn-Jal-ROC5 Mn-Jal-RES6 e
a a c
ace c
a ce ce
a d
ce b
a
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4
Déc.-Mars 16 Mars-Mai 16
Concentrations Cd (mg/kg PS)
Concentrations Cd (mg/kg PS) - Exposition 3 mois (moyenne, erreur type)
Référence Mn-Jal-CAUP Mn-Jal-THILL1 Mn-Jal-LACA Mn-Jal-CANT4 Mn-Jal-ROC5 Mn-Jal-RES6 a a
b bc cd d
ab abcd
ab bc cd e d
a
0 0,5 1 1,5 2 2,5
Déc.-Mars 16 Mars-Mai 16
Concentrations Co (mg/kg PS)
Concentrations Co (mg/kg PS) - Exposition 3 mois (moyenne, erreur type)
Référence Mn-Jal-CAUP Mn-Jal-THILL1 Mn-Jal-LACA Mn-Jal-CANT4 Mn-Jal-ROC5 Mn-Jal-RES6 ab
a d c cd
ab cd bcd
bc d c cd
bc bc
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
Déc.-Mars 16 Mars-Mai 16
Concentrations Cr (mg/kg PS)
Concentrations Cr (mg/kg PS) - Exposition 3 mois (moyenne, erreur type)
Référence Mn-Jal-CAUP Mn-Jal-THILL1 Mn-Jal-LACA Mn-Jal-CANT4 Mn-Jal-ROC5 Mn-Jal-RES6 a
cde
b ab c abc abc
ab e
bc d b
a b
0 0,5 1 1,5 2 2,5
Déc.-Mars 16 Mars-Mai 16
Concentrations Ni (mg/kg PS)
Concentrations Ni (mg/kg PS) - Exposition 3 mois (moyenne, erreur type)
Référence Mn-Jal-CAUP Mn-Jal-THILL1 Mn-Jal-LACA Mn-Jal-CANT4 Mn-Jal-ROC5 Mn-Jal-RES6 a
a abd
a b cd abd cd
a cd
abd c
a
ab
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Déc.-Mars 16 Mars-Mai 16
Concentrations Cu (mg/kg PS)
Concentrations Cu (mg/kg PS) - Exposition 3 mois (moyenne, erreur type)
Référence Mn-Jal-CAUP Mn-Jal-THILL1 Mn-Jal-LACA Mn-Jal-CANT4 Mn-Jal-ROC5 Mn-Jal-RES6 b bc
c cd d ab
cd cd d bcd c d a
b
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
Déc.-Mars 16 Mars-Mai 16
Concentrations Pb (mg/kg PS)
Concentrations Pb (mg/kg PS) - Exposition 3 mois (moyenne, erreur type)
Référence Mn-Jal-CAUP Mn-Jal-THILL1 Mn-Jal-LACA Mn-Jal-CANT4 Mn-Jal-ROC5 Mn-Jal-RES6 cd
e ed c
e cd cd bc
cde b c b a
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Déc.-Mars 16 Mars-Mai 16
Concentrations Mn (mg/kg PS)
Concentrations Mn (mg/kg PS) -Exposition 3 mois (moyenne, erreur type)
Référence Mn-Jal-CAUP Mn-Jal-THILL1 Mn-Jal-LACA Mn-Jal-CANT4 Mn-Jal-ROC5 Mn-Jal-RES6 b
a
c abc a
b b b b b b a
b d
Al Fe V Co Cr
Cd Ni Cu Pb Mn
Caupian Thil
Amont STEU Aval STEU
Amont Rocade Aval Rocade Référence
Bertucci et al, EES, 2018
1 - Accumulation de métaux après 3 mois d’encagement : décroissance amont > aval mais apports ponctuels aval rocade
Al Fe V Co Cr
Cd Ni Cu Pb Mn
Bertucci et al, EES, 2018
Principe du séquençage du transcriptome
noyau
ADN transcription
ARN-1
Protéine-1
traduction ARN-1
ARN-2
Protéine-1 Protéine-2
Cellule
Transcriptome= tous les gènes utilisés Séquencer= donner un nom / une fonction
Avantages de la technique :
- Sans a priori : pas de connaissance préalable des polluants.
- Approche globale : étude de tout le fonctionnement cellulaire
- Réponse précoce : avant l’apparition d’effets physiologiques observables
- Qualitatif ET Quantitatif p
H T°C [O2] Métaux Polluants organiques
Bertucci et al, EES, 2018
2 - Impact des rejets urbains sur l’expression génique :
- 23 758 gènes identifiés
- 1 563 répondent aux rejets urbains - Fort impact en aval STEU
Bertucci et al, EES, 2018
Thil (référence) Aval STEU Aval EP Rocade 1 155 gènes
576 579
630 gènes 51 579
2 - Impact des rejets urbains sur l’expression génique : Quels sont les processus affectés ?
Fonctions communes | Fonctions aval STEU | Fonctions aval EP
Expression génique
Protéines Survie et prolifération cellulaire
Mort cellulaire Métabolisme sucres Métabolisme lipides Système immunitaire Défenses anti-oxydantes
Réparation de l’ADN
Détoxication xénobiotiques
Bertucci et al, EES, 2018
Expression génique Détoxication xénobiotiques Déficit énergétique Hypoxie Stress oxydant Polluants organiques
Protéines Survie et prolifération cellulaire
Mort cellulaire Métabolisme sucres Métabolisme lipides Système immunitaire Défenses anti-oxydantes
Réparation de l’ADN Stress :
2 - Impact des rejets urbains sur l’expression génique : Quels sont les processus affectés ?
Fonctions communes | Fonctions aval STEU | Fonctions aval EP
Bertucci et al, EES, 2018
Expression génique Déficit énergétique Hypoxie Stress oxydant Polluants organiques
Dégradation ARN
Protéines Dégradation protéines Survie et prolifération cellulaire
Mort cellulaire Métabolisme sucres Métabolisme lipides Système immunitaire Défenses anti-oxydantes
Réparation de l’ADN Stress :
Détoxication xénobiotiques
2 - Impact des rejets urbains sur l’expression génique : Quels sont les processus affectés ?
Fonctions communes | Fonctions aval STEU | Fonctions aval EP
Bertucci et al, EES, 2018
Expression génique Déficit énergétique Hypoxie Stress oxydant Polluants organiques
Dégradation ARN
Protéines Dégradation protéines Survie et prolifération cellulaire
Mort cellulaire Métabolisme sucres Métabolisme lipides Système immunitaire Défenses anti-oxydantes
Réparation de l’ADN Stress :
Système endocrinien Détoxication
xénobiotiques
2 - Impact des rejets urbains sur l’expression génique : Quels sont les processus affectés ?
Fonctions communes | Fonctions aval STEU | Fonctions aval EP
Bertucci et al, EES, 2018
Conclusion
• Bioaccumulation de métaux relativement faible.
• Gradient amont > aval.
• Apports ponctuels au niveau aval rocade.
• Identification de 1 563 gènes cibles : nouveaux biomarqueurs potentiels !
Marqueurs précoces de contamination
Marqueurs spécifiques à chaque site
Contaminants
Conditions physico-chimiques (pH, S, O2, T°C, …)
Biodisponibilité
Bioaccumulation Exposition
Directe Trophique
Détoxication Marqueurs précoces
d’impact (gènes) Cellulaire - moléculaireIndividu - population
Inhibition de croissance Mortalité Reprotoxicité
Contaminants
Conditions physico-chimiques (pH, S, O2, T°C, …)
Biodisponibilité
Bioaccumulation Exposition
Directe Trophique
Détoxication Marqueurs précoces
d’impact (gènes) Cellulaire - moléculaireIndividu - population
Inhibition de croissance Mortalité Reprotoxicité
