Pertinence d'une approche multibiomarqueurs en biosurveillance active avec l'épinoche à trois épines (Gasterosteus aculeatus)

par Audrey Catteau

Thèse de doctorat en Physiologie et biologie des organismes - populations - interactions

Sous la direction de Jean-Marc Porcher.

Soutenue le 20-12-2019

à Reims , dans le cadre de École doctorale Agriculture, alimentation, biologie, environnement, santé (Paris ; 2015-....) .

Le jury était composé de Jean-Marc Porcher, Jehan-Hervé Lignot, Béatrice Gagnaire, Jean Prygiel, Marielle Thomas, Alain Geffard.

Les rapporteurs étaient Jehan-Hervé Lignot, Béatrice Gagnaire.

mots clés

• Poisson
• Encagement
• Station d'épuration
• Biomarqueurs
• Ecotoxicologie
• Milieu aquatique -- Effets de la pollution
• Marqueurs biologiques
• Écotoxicologie
• Risques écotoxicologiques

Résumé

Le développement des activités anthropiques a engendré la production et la diffusion de nombreux contaminants chimiques dans les milieux aquatiques. Afin d’évaluer l’état des masses d’eau et de prédire les impacts de cette contamination générale sur les organismes vivants et sur les écosystèmes, différents outils ont été développés. Parmi ces outils, les biomarqueurs présentent un intérêt particulier, lié à leur grande sensibilité et leur précocité de réponse. Ils peuvent être utilisés sur des organismes autochtones prélevés directement dans les milieux d’intérêt, ou sur des individus issus du laboratoire et importés sur les sites d’études via des dispositifs d’encagement. Cette seconde approche, dite de biosurveillance active, permet de s’affranchir d’un certain nombre de biais liés aux incertitudes concernant les individus sauvages (historique, temps d’exposition, adaptation) et permet également l’évaluation de sites sur lesquels l’espèce modèle est absente ou menacée. Cette méthodologie active semble également plus appropriée pour définir un référentiel visant à la comparaison de sites sur une échelle géographique importante. Dans ce contexte, le travail réalisé a pour objectif d’évaluer la pertinence de l’utilisation en biosurveillance active d’une espèce modèle bien documentée en écologie : l’épinoche à trois épines (Gasterosteus aculeatus). Les réponses biologiques étudiées portent sur plusieurs fonctions physiologiques (système antioxydant et dommages oxydatifs, enzymes de biotransformation, système reproducteur, transmission synaptique et système immunitaire inné) afin d’être représentatives de l’état de santé global des individus. Dans un premier temps, les effets du confinement ainsi que de la restriction d’accès à la nourriture induits par l’encagement sur la batterie de biomarqueurs ont été caractérisés afin de permettre une interprétation correcte et rigoureuse des résultats. L’approche a ensuite été déployée in situ dans le but (i) d’évaluer l’efficacité d’une zone humide tampon construite en aval d’une station de traitement des eaux usées (STEU), (ii) d’évaluer l’effet potentiel de plusieurs effluents de STEU sur le milieu récepteur et (iii) de discriminer les différents sites le long du bassin de la Meuse (programme Interreg DIADeM). Le déploiement des outils dans ce contexte a mis en évidence la pertinence de l’espèce modèle et des biomarqueurs sélectionnés dans la caractérisation des effets sur les milieux aquatiques de ce type d’installation. A une plus large échelle, les outils ont permis de discriminer les différents sites en fonction des réponses physiologiques modulées. Les travaux ont ainsi mis en évidence tout le potentiel d’une approche multibiomarqueurs en biosurveillance active dans l’évaluation et la caractérisation des milieux aquatiques.

mots clés

• Biomarkers
• Fish
• Ecotoxicology
• Wastewater treatment plant
• Caging

Titre traduit

Relevance of a multibiomarker approach using three-spined stickleback (Gasterosteus aculeatus) in active biomonitoring

Résumé

Many chemical contaminants have been produced and spread into aquatic environments and given rise to anthropogenic activities. In order to assess and predict the impacts of this contamination on organisms and ecosystems, several tools were developed. Among them, biomarkers have been shown to be sensible and early indicators of a perturbation at sub individual level. These physiological responses can be measured in native individuals as well as in individuals from husbandry imported on the field through caging systems. This latter approach, mostly known as active biomonitoring approach, brings with it the ability to overcome some confounding factors present when native individuals are used (history, exposure time, adaptation mechanism). Additionally, the use of imported individuals enables the study of sites in which the model species is endangered or absent. This active methodology also seems more effective in defining reference levels for the comparison of sites over large geographic scales. In this context, the present work aims to assess the relevance of using a new model species in active biomonitoring approach: the three spined stickleback (Gasterosteus aculeatus). Several physiological functions have been chosen to be representative of the global health of individuals (antioxidant system and oxidative damages, biotransformation enzymes, reproduction system, innate immune system, synaptic transmission). As a first step, the effect of a restricted access to food and the confinement induced by caging conditions have been characterized in two seasons with the aim to ensure a correct and thorough interpretation of the results. Then, the approach has been deployed on the field (i) to assess the efficiency of a constructed wetland built downstream a wastewater treatment plant (WWTP), (ii) to assess the potential effects of several effluents of WWTP and (ii) to discriminate different sites along the Meuse basin (Interreg DIADeM program). Findings have been encouraging in highlighting the relevance of the three spined stickleback as a sentinel species and the selected biomarkers in this context of contamination in active biomonitoring. In a larger scale, these same tools have made it possible to discriminate the different sites in the Meuse basin according to the modulated physiological functions. Thus, this work has demonstrated the potential of the multibiomarker approach in active biomonitoring with the three spined stickleback in the assessment and the characterization of water quality.