Evaluation de l'impact de Chlorure de Baryum au niveau des organes de détoxification des invertébrés marins en utilisant des approches multivariées de biomarqueurs

Assessment of Barium Chloride impact on the detoxification organs of marine invertebrates using multivariate biomarker approaches

• Auteur / Autrice : Zaineb Khila
• Direction : Simon Devin, Nejla Soudani
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Ecotoxicologie, Biodiversité, Ecosystèmes
• Date : Inscription en doctorat le 06/05/2022
• Etablissement(s) : Université de Lorraine en cotutelle avec Université de Tunis El Manar
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LIEC - Laboratoire Interdisciplinaire des Environnements
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : ECOSe - ECOlogie du Stress

Mots clés

Mots clés libres

Invertébrés

Biomarqueurs

Stress oxydatif

Acides gras

Histhologie

Baryum

Invertebrates

Biomarker

Oxidative stress

Fatty acid

Histology

Barium

Résumé

La pollution est une forme particulière d'impact humain sur l'environnement, qui constitue une menace majeure en particulier pour le milieu marin (Derraik, 2002). Elle peut se traduire par le rejet des éléments traces métalliques (ETMs) dans le système aquatique suite aux activités anthropiques, engendrant un sérieux problème pour ces écosystèmes (Schmaltz et al., 2020). A faibles concentrations, les ETMs sont indispensables aux processus biologiques sous formes d'oligo-éléments. Cependant, ils peuvent être toxiques à des concentrations élevées supérieures au seuil réglementaire (Casas, 2005). Parmi ces ETMs, le baryum (Ba) est un métal alcalino-terreux largement utilisé dans l'industrie manufacturière et en médecine. Il est présent en tant qu'un cation divalent (Ba2+) associé à d'autres atomes donnant ainsi naissance aux différents composés solubles et insolubles (Elluin et al., 2005). Le chlorure de Baryum (BaCl2) est un sel blanchâtre inodore et très soluble dans l'eau (Moffett et al., 2007). La pollution du milieu aquatique par le Ba devient ainsi un problème majeur en raison de son utilisation intensive dans les industries chimiques. En effet, il est employé dans le raffinage de l'aluminium, le traitement des eaux de chaudières, l'industrie textile et dans le tannage des cuirs (Brondeau et al., 2012). Des études toxicologiques récentes réalisées sur les rongeurs ont montré que l'un des mécanismes le plus impliqué dans la toxicité de Ba est sa capacité à induire un stress oxydatif suite à une surproduction des espèces réactives d'oxygène qui réagissent avec des biomolécules cellulaires telles que les lipides, ADN et protéines (Elwej et al., 2017). Cependant, à notre connaissance, les études concernant les effets de ce métal demeurent rares sur les espèces marines. Ces dernières années, plusieurs espèces d'invertébrés ont été utilisées dans les programmes de biosurveillance du milieu marin pour évaluer l'impact de la contamination aquatique et afin de prévoir les effets toxiques (Sellami et al., 2014). Les bivalves et les crustacés ont été largement utilisés en tant qu'espèces sentinelles en raison de leur large distribution, de leur physiologie qui est bien connue et de leur capacité de bioaccumulation (Manzo et al., 2006). Dans la présente étude, nous visons d'évaluer les effets délétères du chlorure de baryum à différentes concentrations sur un bivalve Ruditapes decussatus et un crustacé Palaemon adspersus. L'objectif de ce travail consiste à déterminer :  L'effet du chlorure de baryum sur le métabolisme oxydant au niveau des organes de detoxification de ces espèces. L'analyse de cette partie sera initiée par la détermination de certains paramètres témoignant de l'installation d'un stress oxydatif tels que la lipoperoxydation membranaire, les espèces réactives de l'oxygène et 1'intégrité cellulaire. Nous allons aussi analyser les réponses enzymatiques (superoxide dismutase, catalase, glutathion peroxydase) et non-enzymatiques (glutathion réduit, non protéine SH,…).  L'altération physico-chimique des propriétés de la bicouche lipidique membranaire due à la peroxydation lipidique qui peut entrainer un changement dans la composition lipidique. À notre connaissance, notre étude sera la première à élucider l'impact de chlorure de baryum sur la composition en acides gras des organismes aquatiques.  Les altérations histologiques aux niveaux tissulaires engendrés suite à une exposition au chlorure de baryum.  L'effet du chlorure de baryum sur l'expression de certains gènes impliqués dans le stress (protéines de stress de type HSP (heat shock proteins)), et dans le métabolisme antioxydant (enzymes antioxydantes).

Pollution is a particular form of human impact on the environment, which poses a major threat in particular to the marine environment (Derraik, 2002). It can result in the rejection of metallic trace elements (MTEs) in the aquatic system due to anthropogenic activities, causing a serious problem for these ecosystems (Schmaltz et al., 2020). At low concentrations, MTEs are essential for biological processes in the form of trace elements. However, they can be toxic at high concentrations above the regulatory threshold (Casas, 2005). Among these MTEs, barium (Ba) is an alkaline earth metal widely used in manufacturing and medicine. It is present as a divalent cation (Ba2+) associated with other atoms thus giving rise to different soluble and insoluble compounds (Elluin et al., 2005). Barium chloride (BaCl2) is an odorless, off-white salt, very soluble in water (Moffett et al., 2007). Pollution of the aquatic environment by Ba becomes a major problem due to its intensive use in the chemical industries. In fact, it is used in the refining of aluminum, the treatment of boiler water, the textile industry and in the tanning of leather (Brondeau et al., 2012). Recent toxicological studies carried out on rodents have shown that one of the mechanisms most involved in the toxicity of Ba is its ability to induce oxidative stress following an overproduction of reactive oxygen species which react with cellular biomolecules such as lipids, DNA and proteins (Elwej et al., 2017). However, to our knowledge, studies concerning the effects of this metal remain rare on marine species. In recent years, several invertebrate species have been used in marine biomonitoring programs to assess the impact of aquatic contamination and to predict toxic effects (Sellami et al. 2014). Bivalves and crustaceans have been widely used as sentinel species due to their wide distribution, their well-known physiology and their ability to bioaccumulate (Manzo et al. 2006). In the present study, we aim to assess the deleterious effects, at different concentrations, of barium chloride on a bivalve Ruditapes decussatus and a crustacean Palaemon adspersus. The objective of this work is to determine:  The effect of barium chloride on oxidative metabolism at the detoxifying organs of these species. The analysis of this part will be initiated by the determination of certain parameters testifying to the installation of oxidative stress such as membrane lipoperoxidation, reactive oxygen species and cell integrity. We will also analyze the enzymatic (superoxide dismutase, catalase, glutathione peroxidase) and non-enzymatic (reduced glutathione, non SH protein, ) responses.  The physicochemical alteration of the membrane lipid bilayer's properties due to lipid peroxidation, which can lead to a change in the lipid composition. To our knowledge, our study will be the first to elucidate the impact of barium chloride on the fatty acid composition of aquatic organisms.  Histological alterations in tissue levels caused by exposure to barium chloride. The effect of barium chloride on the expression of certain genes involved in stress (HSP-type stress proteins (heat shock proteins)), and in antioxidant metabolism (antioxidant enzymes).