Mollusques bivalves : bioindicateurs de contamination des eaux douces par les cyanotoxines microcystines et la toxine environnementale β-N-méthylamino-L-alanine (BMAA) ?

Bivalve molluscs : bioindicators of freshwater contamination by the cyanotoxins microcystins and the environmental toxin β-N-methylamino-L-alanine (BMAA)?

• Auteur / Autrice : Alexandra Lepoutre
• Direction : Alain Geffard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie et biologie des organismes - populations - interactions
• Date : Soutenance le 11/02/2019
• Etablissement(s) : Reims
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, alimentation, biologie, environnement, santé (Paris ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Stress environnementaux et biosurveillance des milieux aquatiques (Reims, Marne ; Le Havre, Seine-Maritime)
• Jury : Président / Présidente : Cécile Bernard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Geffard, Vitor Vasconcelos, Bastiaan Ibelings, Nicoletta Riccardi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vitor Vasconcelos, Bastiaan Ibelings

Mots clés

Mots clés contrôlés

Eau -- Pollution par les composés inorganiques

Pollution de l'eau -- Mesure

Cyanobactéries

Mots clés libres

Bivalves

Bioindicateurs

Β-N-Méthylamino-L-Alanine

Microcystins

Bioaccumulation

Bioindicators

Résumé

La fréquence et l’intensité des proliférations de cyanobactéries toxiques dans les eaux douces augmentent depuis plusieurs années, y compris dans celles utilisées pour l’adduction d’eau potable ou les activités récréatives. Parmi les cyanotoxines, les hépatotoxines microcystines (MCs) sont les plus fréquemment synthétisées et les plus étudiées, alors que peu de données sont disponibles sur l’occurrence de la neurotoxine β-méthylamino-L-alanine (BMAA), également produite par des diatomées. En raison des fortes variations spatio-temporelles des efflorescences de cyanobactéries, les prélèvements ponctuels d’eau comme outils de surveillance de la présence de cyanotoxines semblent peu adaptés et sont susceptibles de sous-estimer le risque. En revanche, l’utilisation d’outils intégrateurs telles des espèces bioaccumulatrices, comme les bivalves, peut s’avérer pertinent. La glande digestive des invertébrés est connue pour être l’organe cible majoritaire de l’accumulation des MCs, à la fois sous une forme libre rapidement éliminée, et sous une forme liée à des protéines ayant un temps de résidence plus long dans les tissus. Cependant, peu de données sont disponibles concernant l’organotropisme et les différentes fractions d’accumulation de la BMAA. Cette thèse a contribué à (i) évaluer la pertinence des bivalves Dreissena polymorpha et Anodonta anatina comme outils de biosurveillance de la présence de BMAA et d’organismes producteurs de MCs dans les eaux douces, et (ii) identifier les fractions d’accumulation des toxines les plus pertinentes pour caractériser le niveau et la dynamique de contamination environnementale. Les résultats montrent que la BMAA est accumulée par les bivalves à la fois sous forme libre et associée aux polypeptides de faible poids moléculaire, sans organe cible particulier, soulignant l’utilisation possible de l’analyse de la fraction totale (libre et liée) comme proxy de contamination. L’analyse du corps entier de D. polymorpha permet d’évaluer le niveau de contamination du milieu par la BMAA, à des concentrations environnementales (10 à 50 µg/L) ; les glandes digestives d’A. anatina permettant de révéler la présence de cette toxine dans le milieu à partir de 50 µg BMAA/L. Concernant la présence de producteurs de MCs dans l’eau, les MCs libres quantifiées chez les organismes reflètent plus fidèlement les variations temporelles de contamination du milieu que les MCs totales, particulièrement chez D. polymorpha, en raison de ses capacités de détoxification. L’accumulation de MCs libres chez D. polymorpha permet également de discriminer différents niveaux de contamination environnementale (10 vs. 100 µg/L MCs intracellulaires). Chez A. anatina, les fortes capacités d’accumulation de MCs, dès 1 µg MCs intracellulaires/L dans le milieu, associée à une élimination tardive, restreignent son usage à l’indication d’une présence/absence de contamination, sans évaluation fine de son intensité ni de sa temporalité.

The frequency and intensity of toxic cyanobacterial blooms in fresh waters used for drinking water supply or recreational activities have increased for several years. Among the cyanotoxins, the hepatotoxins microcystin (MCs) are the most frequently produced by cyanobacteria and the most studied, whereas few data are available on the occurrence of the neurotoxin β-methylamino-L-alanine (BMAA), also produced by diatoms. Due to spatio-temporal variations in cyanobacterial bloom location, monitoring the cyanotoxins by punctual water sampling may underestimate the risk. By contrast, the use of integrative tools, such as bioaccumulative bivalve species, may be relevant. MCs accumulate mainly in the digestive gland of invertebrates in two forms: free in the cells, rapidly eliminated, and covalently bound to proteins, having a longer residence time in the tissues. However, few data are available on the organotropism and the different accumulation forms of BMAA. This thesis contributed (i) to evaluate the relevance of the bivalves Dreissena polymorpha and Anodonta anatina as tools for MC and BMAA biomonitoring in fresh waters, and (ii) to identify the most appropriate fraction of each toxin that should be analysed in order to characterize the level and the dynamic of environmental contaminations. Results reveal that BMAA is accumulated by bivalves both in free form and associated to low molecular weight polypeptides, with no particular target organ, underling the interest to analyse the total BMAA (free and bound) in bivalves to biomonitor this toxin. The analysis of BMAA in D. polymorpha whole body allows the evaluation of the water contamination level of at environmental concentrations (10 to 50 μg BMAA/L); A. anatina digestive glands allowing to reveal the presence of BMAA from 50 µg/L. Regarding the presence of MC producers in the water, free MC quantification in bivalves reflects more accurately the temporal variations of the environmental contamination than total MCs, particularly in D. polymorpha, because of its high detoxification capacities. The quantification of free MCs in D. polymorpha also allows discriminating environmental contamination levels (10 vs. 100 μg/L intracellular MCs). The high capacity of MC accumulation by A. anatina, from 1 μg intracellular MCs /L in the medium, associated with a late elimination, seemed to restrict its use to the indication of the presence/absence of MC producers in waters, without any detailed assessment of the intensity nor the temporal dynamics of the contamination.