Démasquer les pesticides
© www.ohazar.comLes pesticides sont étroitement
surveillés via l’analyse de
nombreux prélèvements effectués dans
l’environnement, dans les exploitations
agricoles ou dans les produits de
consommation. Cette analyse rencontre
toutefois des difficultés : dans les eaux,
les teneurs sont parfois inférieures à
0,1 microgramme par litre, soit l’équivalent
d’une cuillérée diluée dans les 89 km3
du lac Léman ; la diversité des produits
recherchés nécessite le recours à différentes
techniques ; la mesure de la concentration
d’une substance peut être faussée par
la présence d’autres composés et il faut
alors procéder à l’isolation de la substance,
doublée parfois d’une réaction chimique
(« dérivation »), pour la détecter...
Le cas du glyphosate illustre ce dernier
problème. Cette molécule active d’une
catégorie d’herbicides très peu sélectifs
(« désherbant total ») compte parmi les
pesticides les plus largement présents
dans les eaux. Sa détection nécessite une
dérivation en milieu basique qui se produit
peu ou pas du tout en présence de cations
métalliques (tels le calcium, le cuivre, le
fer ou le zinc relativement abondants dans
les sols et les eaux) avec lesquels il forme
des « complexes chimiques ». Différentes
voies de résolution ont été explorées
pour « décomplexer » le glyphosate avant
dérivation, soit directement en acidifiant
l’échantillon, soit en introduisant des
composés qui vont libérer le glyphosate
parce qu’ils sont plus complexants que lui.
Mais aucune de ces deux méthodes n’est
totalement satisfaisante : la dérivation est
impossible en milieu acide et, dès lors qu’on
rend basique ce milieu, une complexation se
produit de nouveau ; la seconde méthode
ne fonctionne pas lorsque l’échantillon est
très chargé en cations (tel est le cas pour
l’eau de mer).
Le recours à des spectromètres de masse peut permettre d’appliquer ces deux méthodes, mais peu de laboratoires disposent de ces équipements coûteux. C’est pourquoi nous étudions la possibilité d’utiliser des résines capables d’extraire les cations de l’échantillon et de rendre ainsi largement accessible la quantification. Les essais déjà réalisés sont prometteurs mais il reste encore à effectuer différentes mises au point avant d’être en mesure de proposer cette méthode de décomplexation.
Des sentinelles génétiques
Flets © FotosearchL a préservation des écosystèmes littoraux
est un enjeu économique et patrimonial
majeur, notamment pour les Pays de la Loire
dont le littoral dépasse 1 300 km de long.
Il est donc important que notre région dispose
de systèmes capables de mesurer les effets des
pollutions des réseaux hydrologiques. À cette
fin, en plus d’identifier les polluants présents
dans les environnements aquatiques, il faut
pouvoir déceler les perturbations métaboliques
qu’ils provoquent chez des organismes
vivant dans ces milieux : ces anomalies
peuvent témoigner d’une déstabilisation des
écosystèmes.
Aujourd’hui, l’étude des réponses
physiologiques à la présence de toxiques
est couramment entreprise sur des espèces
qualifiées de sentinelles1 (par exemple, les
moules et le flet, un poisson plat) car connues
pour leur sensibilité à certains polluants.
Notre équipe étudie les génomes d’espèces
marines et les processus d’adaptation de
ces espèces aux variations de leur milieu.
Nous identifions notamment des gènes
dont l’activation est modulée par un stress
physicochimique. Leur expression (production
de protéines particulières) correspond parfois
à un mécanisme de résistance au stress ; bien
souvent, elle précède l’apparition d’altérations
fonctionnelles irréversibles.
Le suivi de cette expression génique permet
d’obtenir, de façon relativement simple, des
signaux d’alerte précoces, fondés non pas sur une concentration de polluants mais sur des effets tangibles de ces
polluants. Cette approche est de ce fait très intéressante pour évaluer
rapidement la qualité d’un écosystème, voire prévenir sa dégradation.
Des techniques du génie génétique sont mises en œuvre et adaptées à
cet objectif dans notre laboratoire. Il s’agit principalement de la RT-PCR2
quantitative, qui permet de mesurer in vitro le débit d’expression de
protéines par une séquence d’ADN donnée et d’évaluer ainsi l’intensité
de la réponse d’une espèce sentinelle à un stress chimique.
À titre d’exemple, nous avons quantifié l’expression de gènes
responsables de la synthèse de protéines de type métallothionéine
en présence de métaux toxiques (ces gènes ayant été précédemment
identifiés par notre équipe chez des moules des sources hydrothermales).
Grâce à la recherche de gènes de types similaires chez plusieurs espèces,
il nous est désormais possible d’évaluer ainsi les effets potentiellement
nocifs de certains contaminants émergents tels que des perturbateurs
endocriniens ou des nanoparticules.
1. et non exclusivement aquatiques. Cf. Une attention de circonstance (interview de Monique L’Hostis à propos de l’étude sur l’abeille menée actuellement en région), Têtes chercheuses n°13 « Des animaux et des Hommes ».
2. Reverse Transcription Polymerase Chain Reaction
DOSSIER
Des toxiques à moindres risques
Recettes écotoxicologiques
100 000 molécules sous les mers
Depuis la révolution industrielle, des millions de tonnes de
substances de synthèse, comportant aujourd’hui plus de cent
mille molécules différentes, sont dispersées chaque année dans
l’environnement et rejoignent les fonds des rivières et des mers. Celles
qui ne se dégradent pas rapidement s’accumulent dans les organismes
(bioaccumulation) et dans les chaînes trophiques (alimentaires) au sein
desquelles leur concentration va souvent croissant (bioamplification).
En France, le ROCCH1, géré par l’Ifremer, contribue grandement à
l’évaluation de ces contaminations. Les données collectées aident
l’Union européenne à établir des normes de qualité environnementale
(NQE) qui représentent des limites de concentration acceptables dans
les milieux. Ces NQE sont calculées à partir de résultats de tests de
toxicité effectués en laboratoire et portant sur chaque substance
potentiellement dangereuse. Cependant, leur respect ne permet pas de
contenir certains risques liés aux transformations ou aux combinaisons
de substances, dont les effets sur les écosystèmes, très difficiles à
estimer, sont appelés à être mieux cernés.
La biogéochimie porte sur les processus de transfert, de dégradation
et d’accumulation des substances chimiques dans l’environnement.
Les travaux menés aux Antilles sur la chlordécone sont un exemple de
l’activité de l’Ifremer dans ce domaine. Cet insecticide organochloré
a été utilisé dans les bananeraies puis interdit en 1993 du fait de
son implication dans des pathologies humaines. Sa persistance dans
l’environnement est estimée à plusieurs siècles. Après la publication,
en 2000, d’une étude montrant la contamination des eaux antillaises,
des chercheurs de l’Ifremer ont réalisé des analyses d’eau, de
sédiments, de crustacés, poissons et mollusques prélevés autour des
îles. Il s’est avéré que la chlordécone s’accumule dans les sédiments
et chez la plupart des espèces marines.
Pour mieux cerner la bioaccumulation de l’insecticide, notamment
chez les espèces consommées localement, une opération plus large
a été lancée en 2008. Les résultats des analyses effectuées sur
408 échantillons de 55 espèces indiquent que ce sont les détritivores
comme la langouste et les poissons carnivores (sardes, thazard) qui
sont les plus touchés. Ils confirment ainsi le rôle majeur de la voie
trophique dans la contamination. Les sites les plus contaminés sont
les baies où la dilution des eaux douces dans celles du large est la
plus faible. Les autorités locales ont alors limité aux espèces non
contaminées et aux zones les plus ouvertes sur l’océan l’autorisation
de pêcher.
1. Réseau d’observation de la contamination chimique du milieu marin
À partir du 14 juin vous pouvez télécharger l'interview de Gilles Bocquené sur Radio Prun'
Des bactéries d'alerte
La détection des polluants est devenue un impératif pour les politiques
de gestion environnementale. Les techniques d’analyse chimique
aujourd’hui disponibles sont très performantes mais se prêtent mal à la
surveillance continue d’un site et demeurent onéreuses, notamment parce
qu’elles nécessitent un personnel hautement qualifié. C’est pourquoi
sont développés des systèmes qui comportent des « biocapteurs », plus
simples d’utilisation.
Un biocapteur est un dispositif combinant un élément biologique
(« bioélément ») qui réagit à la présence de certaines molécules
et un système physique qui permet de mesurer l’intensité de cette
réaction. Le bioélément peut être une enzyme, un acide nucléique, une
cellule entière... Dans notre laboratoire, nous utilisons des bactéries
bioluminescentes.
La bioluminescence est une réaction enzymatique émettrice de lumière
(l’enzyme impliquée est la luciférase). Différents organismes, en
majorité des bactéries d’origine marine, la produisent naturellement.
Notre stratégie consiste à faire en sorte que la présence d’un polluant
organique ou métallique provoque cette réaction chez des bactéries
cultivées durant plusieurs jours au sein d’un biocapteur. Les techniques
de génie génétique permettent en effet d’intégrer des gènes source de
bioluminescence, nommés lux CDABE, dans le génome de bactéries
comme Escherichia coli, qu’on sait cultiver et qui sont connues pour leur
réactivité aux polluants ciblés : elles possèdent des gènes de résistance
qui, en présence de cadmium, par exemple, codent pour des protéines
capables de neutraliser l’effet toxique de ce métal. L’intégration consiste
à placer un gène lux CDABE sous la dépendance d’un promoteur (une
séquence d’ADN particulière) d’un gène de résistance ; en présence du
polluant, ce promoteur va alors déclencher non seulement l’expression
de la résistance mais aussi celle du lux CDABE et, par conséquent, la
bioluminescence.
Nous avons ainsi obtenu la bactérie E. coli TBT3 qui permet de détecter
optiquement le dibutylétain (DBT) et le tributylétain (TBT). Ces deux
composés, jadis employés comme agent antifouling1 dans les peintures
des bateaux, sont toxiques pour de nombreuses espèces marines : ils
empêchent leur reproduction. Ils ont été interdits dès 1982 en France
mais il faut pouvoir vérifier que des peintures n’en contiennent pas.
La réalisation d’un tel système, capable de détecter le TBT et le DBT
de manière fiable dans les peintures comme dans les eaux, nous a
demandé dix ans d’études2. Pour y parvenir, disposer de E. coli TBT3 ne
suffisait pas : il a fallu mettre au point un système électronique de mesure
de la bioluminescence et déterminer des conditions qui permettent de
maintenir les bactéries en bon état pendant plusieurs jours au sein du
biocapteur.
Nous travaillons aujourd’hui à la mise au point de dispositifs similaires,
sensibles à l’arsenic ou à des métaux toxiques tels le cadmium, le cuivre
et le mercure, qui permettront de surveiller aisément et en permanence
la qualité de l’eau rejetée par des usines.
1. qui empêche des organismes tels que des coquillages de se fixer sur les carènes et de
ralentir alors les bateaux
2. dont les travaux de thèse de Habib Horry, Thomas Charrier et Hervé Gueuné
Biocapteur à bactéries luminescentes Des échantillons de peinture ou d’eau de mer sont déposés dans les puits d’une microplaque (ici vus de dessus) dans lesquels E. coli TBT3 est ajoutée. Après une heure d’incubation à 30°C, une caméra CCD (Charge-Coupled Device) mesure la luminescence produite, révélatrice de la présence du TBT. Les nuances de couleur correspondent à des lumières d’intensités différentes. © CBAC, GEPEA (UMR 6144)Un manque à combler
Les nanomatériaux ont-ils une toxicité spécifique ?C’est grâce à des propriétés physicochimiques
particulières, dues à la dimension
nanométrique (quelques milliardièmes de mètre)
des nanomatériaux que ces derniers sont à la base
de nombreuses innovations technologiques. Leur
industrialisation connaît une forte expansion ; plus
de 1 000 produits qui en contiennent ont
été recensés sur le marché mondial en août
20091, dont une large variété de produits
courants : nanoparticules de dioxyde de titane
(facteurs de transparence et d’absorption des
rayons UV) dans les crèmes solaires, d’argent
(bactéricides) dans les pansements et certains
instruments de microchirurgie, dans des
textiles et notamment les chaussettes, etc.
Ces propriétés particulières sont susceptibles
de provoquer des effets biologiques
indésirables. Ceux-ci sont encore largement
inconnus ; toutefois on sait déjà qu’ils diffèrent
selon le nanomatériau. L’augmentation
des quantités et la diversification des
nanoparticules diffusées dans l’environnement
rendent l’interrogation sur les risques sanitaires
encourus d’autant plus préoccupante. L’étude
récemment conduite par l’Anses2 a conclu que,
faute de données pertinentes ou suffisantes
relativement à la dangerosité et à l’exposition
aux nanomatériaux, il n’était pour l’instant pas
possible d’évaluer ces risques. Il s’agit donc
d’acquérir ces données manquantes.
Notre équipe est impliquée dans le programme
européen NanoReTox qui vise à évaluer les
impacts toxicologiques et écotoxicologiques
de nanoparticules métalliques manufacturées.
Elle s’attache à développer une approche
systématique des processus d’évolution de ces
particules dans différents milieux afin de pouvoir
évaluer leur éventuelle écotoxicité de façon plus
réaliste que dans la plupart des tests menés
jusqu’à présent.
Un chantier au cas par cas
Nous étudions principalement les milieux
aquatiques parce qu’ils sont des lieux
d’accumulation de nombreux contaminants. Nous
avons choisi le ver Nereis diversicolor et le bivalve
Scrobicularia plana comme modèles biologiques à
cause de leur rôle important dans les écosystèmes
estuariens et côtiers : ils constituent une grande
partie de la biomasse de ces milieux et un maillon
essentiel de chaînes alimentaires dont dépendent
maints poissons et oiseaux limicoles. Nous testons
l’écotoxicité de nanoparticules d’argent en raison
de leur large utilisation à des fins bactéricides.
L’écotoxicité des nanoparticules peut être due non
seulement à leur réactivité intrinsèque (propre)
mais aussi à la dissolution de leur métal dans
le milieu environnemental. C’est pourquoi nous
avons exposé en laboratoire Scrobicularia plana
à de l’argent soit sous forme nanoparticulaire
soit sous une forme ionique, plus simple. Les
effets sur les bivalves ont été explorés grâce
notamment à des biomarqueurs de réponse au
stress oxydant (cf."Des sentinelles génétiques" ci-contre).
Une telle réponse a été observée pour les
deux formes d’argent mais les biomarqueurs
de dommages n’ont pas indiqué de gravité
dans les effets constatés.
Des travaux menés chez d’autres espèces
(poissons, algues) ont montré que l’influence,
sur la toxicité observée, de la partie non
dissoute de nanoparticules métalliques
pouvait être plus forte que celle de la partie
dissoute. Dans la présente expérience, nous
avons montré que l’argent des nanoparticules
s’était dissout dans le milieu. Leur écotoxicité pour
Scrobicularia plana apparaît donc comme due
en majeure partie à leur dissolution ; pour autant,
les résultats de cette expérience ne permettent
pas de conclure que les nanoparticules d’argent
sont dépourvues de toxicité intrinsèque.
1. selon l’inventaire du Woodrow Wilson Institute.
2. Évaluation des risques liés aux nanomatériaux pour la population générale et l’environnement. Agence nationale de sécurité sanitaire, de l’alimentation, de l’environnement et du travail (Éditions scientifiques - Agents physiques, mars 2010).
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