Ecotoxicité comparative de l'oxyde de graphène et d'autres nanoparticules de carbone chez des organismes aquatiques modèles : d'une évaluation en conditions monospécifiques vers l'étude d'une chaîne trophique expérimentale

by Laura Lagier

Doctoral thesis in Ecologie fonctionnelle

Under the supervision of Laury Gauthier and Florence Mouchet.

defended on 08-11-2017

in Toulouse 3 , under the authority of École doctorale Sciences de l’univers, de l’environnement et de l’espace (Toulouse) , in a partnership with Laboratoire Écologie fonctionnelle et environnement (Toulouse ; 2007-....) (laboratoire) .

keywords

• Carbon allotropes
• Graphene oxide
• Reduced graphene oxide
• Dispersion
• Growth inhibition
• Genotoxicity
• Molecular mechanisms
• Development delay
• Teratogenicity
• Amphibian
• Invertebrate
• Mesocosm

Alternative Title

Comparative ecotoxicity of graphene oxide and other carbon-based nanoparticles in freshwater model organisms : from an assessment in monospecific conditions towards the study of an experimental trophic chain

Abstract

The ecotoxicity of different carbon-based nanoparticles (CNPs) was assessed in freshwater organisms, especially in Xenopus laevis. The surface of the CNPs was shown to be the more relevant parameter to describe the growth inhibition in Xenopus, regardless of their allotropic form and their state of dispersion. Micronucleus induction was also studied in Xenopus and graphene oxide (GO) was found genotoxic at low dose. This result was in compliance with the study of genes expression. The involved toxicity mechanisms would be related to the oxidized functions of the CNP. Moreover, GO was also found responsible for genotoxicity in Pleurodeles waltl. and for teratogenicity, development delay and growth inhibition in Chironomus riparius. These organisms have finally been put together in a mesocosm, which has also led to genotoxicity in Pleurodeles in the presence of GO.

keywords

• Allotropes de carbone
• Oxyde de graphène
• Oxyde de graphène réduit
• Dispersion
• Inhibition de croissance
• Génotoxicité
• Mécanismes moléculaires
• Retard de développement
• Tératogénicité
• Amphibien
• Invertébré
• Mésocosme
• Graphène -- Toxicologie
• Nanoparticules
• Organismes aquatiques

Abstract

L'écotoxicité de différentes nanoparticules de carbone (NPC) a été évaluée chez des organismes aquatiques, en particulier chez Xenopus laevis. Il a été montré que la surface des NPC est le paramètre le plus pertinent pour décrire l'inhibition de croissance chez le xénope, indépendamment de leur forme allotropique et de leur état de dispersion. L'induction des micronoyaux a aussi été étudiée chez le xénope, et l'oxyde de graphène (GO) s'est révélé génotoxique à faible dose, résultat corroboré par l'étude de l'expression des gènes. Les mécanismes de toxicité impliqués seraient notamment liés aux fonctions oxygénées de la particule. De plus, le GO a aussi entrainé de la génotoxicité chez Pleurodeles waltl. et de la tératogénicité, des retards de développement et de l'inhibition de croissance chez Chironomus riparius. La mise en interaction de ces organismes au sein d'un mésocosme a également conduit à l'observation de génotoxicité chez le pleurodèle en présence de GO.