Dreissena polymorpha comme outil pour l’évaluation du risque viral

Dreissena polymorpha as a tool for viral risk assessment

• Auteur / Autrice : Julie Do nascimento
• Direction : Alain Geffard, Christophe Gantzer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Écotoxicologie
• Date : Soutenance le 09/02/2024
• 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 : Françoise Lucas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Geffard, Christophe Gantzer, Soizick Le Guyader, Charlotte Arnal, Leslie Ogorzaly
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Soizick Le Guyader

Mots clés

Mots clés contrôlés

Moule zébrée

Bactériophages

Escherichia coli

Gastroentérite

Norovirus

Virus entériques

Eau potable -- Contamination

Pollution de l'eau -- Mesure

Milieu aquatique

Mots clés libres

Dreissena polymorpha

Bactériophages ARN F-Spécifique

Contamination virale

Modélisation

Génome de Norovirus

Dreissena polymorpha

Specific F-RNA bacteriophages

Viral contamination

Modelling

Norovirus genome

Résumé

Les masses d’eau douces sont sujettes à des contaminations fécales d’origines diverses. Parmi ces contaminants, les virus entériques, dont les norovirus (NoV), sont responsables de nombreuses épidémies à gastro entérites chaque année dans le monde. Les indicateurs de contamination fécale actuels (i.e. E. coli) recommandés par différentes réglementations s’avèrent peu fiables pour estimer le risque viral dans l’eau. D’autres indicateurs, ayant des caractéristiques proches des virus entériques, tels que les bactériophages ARN F-spécifiques (FRNAPH), sont proposés pour évaluer ce risque viral. Cependant, l’analyse des FRNAPH infectieux dans les eaux se heurte à certaines limites, notamment liées aux caractéristiques hydrodynamiques des milieux aquatiques. Afin de lever ces limites, une solution serait de réaliser les analyses au sein de capteurs accumulateurs et intégrateurs de ces cibles. Dans ce contexte, l’objectif de ce travail est de tester l’intérêt d’un mollusque bivalve dulcicole, la dreissène (Dreissena polymorpha), largement utilisé pour la surveillance chimique et écotoxique des masses d’eau, comme capteur biologique pour évaluer et suivre la contamination virale des masses d’eau. Pour ceci la stratégie suivie a consisté à i) caractériser la cinétique d’accumulation et de dépuration des FRNAPH infectieux chez la dreissène en conditions contrôlées de laboratoire et in situ, ii) définir un modèle toxico-cinétique pour formaliser la relation entre la concentration en FRNAPH infectieux dans la dreissène et le niveau d’exposition (concentration dans l’eau), iii) évaluer la contamination virale de masses d’eau sur une large échelle géographique et enfin iv) évaluer le couplage biocapteur-FRNAPH infectieux pour représenter la contamination des masses d’eau par le génome de NoV.Les données obtenues en laboratoire et in situ soulignent l’accumulation très rapide des FRNAPH infectieux par la dreissène avec une mise en équilibre avec son milieu en moins de 48h. De plus, les accumulations sont proportionnelles au niveau d’exposition sur une très large gamme de concentration et le signal en FRNAPH infectieux reste au sein des tissus de la dreissène plusieurs jours après l’exposition. Ainsi l’ensemble de ces données souligne l’intérêt de la dreissène comme système accumulateur et intégrateur. La définition d’un modèle toxico-cinétique à un compartiment, sur la base de ce qui est connu pour les contaminants chimiques, a permis de définir des facteurs de bioaccumulation in situ particulièrement intéressants (BCF ≈ 1 000) et autorisant un réel apport in situ. A l’aide d’une approche active (encagement d’organismes calibrés), le projet a validé l’apport de la dreissène comme biocapteur pour évaluer les concentrations en FRNAPH infectieux de nombreuses masses d’eau ainsi que son apport pour l’évaluation du risque viral vis à vis de la présence du génome de NoV.

Freshwater bodies are subject to fecal contamination from a variety of sources. Among these contaminants, enteric viruses, including Noroviruses, are responsible for numerous gastroenteritis epidemics worldwide every year. The current fecal contamination indicators (i.e., E. coli) recommended by various regulations are proving unreliable for estimating the viral risk in water. Other indicators, with characteristics close to those of enteric viruses, such as specific-F RNA bacteriophages (FRNAPH), have been proposed to assess this viral risk. However, the analysis of infectious FRANPH in water comes up against certain limitations, notably linked to the hydrodynamic characteristics of aquatic environments. In order to overcome these limitations, one solution would be to carry out analyses using sensors that accumulate and integrate these targets. In this context, the aim of this work is to test the interest of a freshwater bivalve mollusc, the zebra mussel (Dreissena polymorpha), widely used for chemical and ecotoxic monitoring of water bodies, as a biological sensor for assessing and monitoring viral contamination of water bodies. The strategy followed consisted in i) characterizing the kinetics of accumulation and depuration of infectious FRNAPH in mussels under controlled laboratory and in situ conditions, ii) defining a toxico-kinetic model to formalize the relationship between the concentration of infectious FRNAPH in mussels and the level of exposure (concentration in water), iii) assess viral contamination of water bodies on a broad geographical scale, and finally iv) evaluate biosensor-infectious FRNAPH coupling to represent contamination of water bodies by the NoV genome.Data obtained in the laboratory and in situ underline the very rapid accumulation of infectious FRANPH by mussels, with equilibration with its environment in less than 48 hours. What's more, accumulations are proportional to the level of exposure over a very wide concentration range, and the infectious FRANPH signal remains in mussel tissues for several days after exposure. All these data underline the interest of D. polymorpha as an accumulator and integrator system. The definition of a single compartment toxicokinetic model, based on what is known for chemical contaminants, has enabled us to define particularly interesting in situ bioaccumulation factors (BCF ≈ 1,000) and authorizing a real in situ contribution. Using an active approach (caging of calibrated organisms), the project validated the contribution of zebra mussel as a biosensor for assessing infectious FRNAPH concentrations in numerous water bodies, as well as its contribution to viral risk assessment vis à vis the presence of the NoV genome.