Mise au point d'un nouveau modèle animal pour l'évaluation de la toxicité et de la perturbation du développement : application aux neurotoxiques organophosphorés

Development of a new animal model to investigate toxicity and growth perturbations : application to organophosphorus compounds

• Auteur / Autrice : Laetitia Poirier
• Direction : Eric Chabrière
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ethique
• Date : Soutenance le 24/09/2019
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de la vie et de la santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Mephi (Marseille) - Méditerranée Infection
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Gene&GreenTK
• Partenaire(s) de recherche : Direction du ministère français des Armées : France. Direction générale de l'armement
• Jury : Président / Présidente : Pierre Doumenq
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Doumenq, François Estour, Florence Geret, David Daude
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Estour, Florence Geret

Mots clés

Mots clés contrôlés

Acetylcholinesterase

Composés organiques du phosphore

Phosphore -- Composés organiques

Mots clés libres

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Résumé

Les organophosphorés (OP), molécules hautement toxiques, constituent la classe d’insecticide la plus répandue. Ils ciblent la transmission neuronale en inhibant l’acétylcholinestérase. Leur utilisation massive a conduit à une importante pollution environnementale et les OP seraient associés à des perturbations du développement chez les espèces disposant de systèmes nerveux cholinergiques. La mise au point de méthodes de décontamination est donc aujourd'hui cruciale pour limiter les conséquences des expositions aux OP. Des méthodes enzymatiques ont été étudiées depuis plusieurs années pour pallier aux limitations des solutions de décontamination chimiques. Un intérêt particulier a été porté à l’enzyme hyperthermostable SsoPox, isolée de l’archée Saccharolobus solfataricus capable de dégrader les OP. Le potentiel biotechnologique de l’enzyme a été démontré par sa résistance à de nombreuses contraintes physico-chimiques. Un modèle animal original, la planaire, un ver aquatique possédant un système nerveux cholinergique, a ensuite été développé pour valider l’efficacité de l’enzyme in vivo. L’une des particularités de ce ver repose sur sa capacité de régénération permettant d’évaluer les impacts sur le développement. Ce modèle a d’abord été utilisé pour démontrer les effets bénéfiques de l’enzyme face à une exposition aigüe aux OP. Une étude multigénérationnelle a ensuite souligné la toxicité chronique des OP sur les planaires avec notamment des malformations et l’utilisation de l’enzyme a permis de réduire drastiquement ces altérations. Enfin un système de filtration enzymatique a été développé dont l’efficacité a été démontrée en utilisant la planaire comme bioindicateur.

Organophosphorus insecticides (OP) are widespread toxic molecules targeting a key enzyme of neuronal transmission: acetylcholinesterase. The extensive use of OP is responsible for large environmental pollutions and OP would be associated to developmental perturbations in species with cholinergic nervous systems. The development of decontamination methods is crucial to limit OP poisoning. Enzymatic methods have been studied to overcome the limitations of chemical. A specific interest was drawn to the robust enzyme SsoPox, isolated from the archea Saccharolobus solfataricus, able to degrade OP. Its biotechnological properties were demonstrated with its resistance to many physico-chemical. An original animal model, the planarian, a freshwater worm with a cholinergic nervous system, was developed to validate the in vivo efficiency of the enzyme. Interest in using planarians relies on their unconventional regeneration capacity allowing to assess developmental perturbations. This model was first used to demonstrate the beneficial effects of the enzyme against OP acute exposure by improving the survival, mobility, regeneration and cholinergic activity of planarians. Then, a multigenerational study highlighted the chronic toxicity of insecticides, even used at sublethal doses, on planarians. Abnormalities, decreases in mobility or regeneration delays were observed and the use of the enzyme drastically reduced these alterations. Finally, the robust enzyme was immobilized into alginate beads to develop a filtration system. The efficiency of the device was demonstrated both in vitro and in vivo using planarians as biosensors.