Vers une approche interdisciplinaire et multi-isotopique pour quantifier le risque sanitaire induit par une exposition chronique aux particules volcaniques

Toward an interdisciplinary and multi-isotopic approach to assess whole-body adverse health effects of chronic exposure to volcanic ash deposits

• Auteur / Autrice : Elhadji Mountaga Diallo
• Direction : Séverine Moune, Claude Beaudoin
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Applications et interactions des sciences de la terre
• Date : Inscription en doctorat le 21/10/2024
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Fondamentales
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Magmas et Volcans
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : GEOCHIMIE

Mots clés

Mots clés libres

Biomarqueurs isotopiques

Exposome

Isotopes stables

Pollution environnementale métallique

Risque sanitaire volcanique

Exposome

Volcanic health risk

Isotope biomarkers

Metallic environmental pollution

Stable isotopes

Résumé

La santé humaine se voit de plus en plus menacée par de profonds changements environnementaux, qui affectent de manière disproportionnée les pays en développement. La dégradation et la désertification des sols dues au changement climatique sont l'une des plus importantes, avec des impacts directs sur la remobilisation des particules de sol, la pollution de l'air et l'exposition humaine aux contaminants du sol sur de longues périodes. Dans les zones volcaniques actives, ce risque de remaniement est intensifié par l'apport récurrent de cendres volcaniques facilement remises en suspension dans l'atmosphère et qui, une fois déposées sur le sol, représentent les constituants majeurs des sols volcaniques2. Comme le montrent les études épidémiologiques, les personnes vivant dans des environnements volcaniques courent un risque plus élevé de développer des maladies respiratoires3 mais aussi des symptômes plus globaux et plus graves comme des cancers de la thyroïde et du tractus gastro-intestinal5. Ces populations sont également plus sujettes au développement de forme singulière de carcinome hépatocellulaire6 et sont affectées par des taux de fécondité plus faible, comme observé au Pérou (source : INEI*). Récemment, nous avons également démontré qu'une exposition chronique à des particules de sol volcanique favorisait l'apparition de troubles testiculaires qui pourrait, à long-terme, contribuer à l'apparition de dysfonctionnements entéro-hépatiques7 et ce, probablement de manière interconnectée8. Malgré ces résultats, notre compréhension globale des principaux paramètres de toxicité et des mécanismes d'actions impactés par l'exposition chronique aux particules volcaniques à l'échelle de l'organisme reste cependant incomplète. Basé sur une recherche interdisciplinaire à l'interface entre la volcanologie, la biologie et la géochimie isotopique, le projet proposé combine des approches in-vivo novatrices, qui diffèrent des études précédentes tant par la façon d'aborder la question du risque volcanique que par la méthodologie déployée, avec des traceurs isotopiques stables très prometteurs. Ces traceurs géochimiques seront mesurés pour la première fois sur un ensemble unique de dépôts de sols volcaniques, ainsi que dans des tissus et fluides biologiques d'organismes vivants (souris, humains) exposés de manière chronique aux particules volcaniques avec les objectifs suivants : (i) Caractériser les propriétés physicochimiques des différents dépôts de sols volcaniques pour évaluer leur degré de toxicité, (ii) Identifier, à l'échelle de l'organisme, les fonctions biologiques préférentiellement impactées par l'exposition chronique aux particules volcaniques par voies multiples d'exposition, (iii) Quantifier les concentrations et les compositions isotopiques d'éléments potentiellement toxiques dans des réservoirs biologiques (souris, humains) pour développer des biomarqueurs isotopiques innovants et non invasifs. L'aspect novateur de ce projet contribuera à aborder les questions complexes liées au risque sanitaire volcanique, omniprésent dans les pays en développement, sous un angle différent, ce qui en fera une partie intégrante de l'Agenda 2030 des Nations Unies pour une science durable et une médecine préventive.

Human health is increasingly threatened by profound environmental changes, disproportionally affecting developing countries. The degradation and desertification of soils due to climate change is one of the greatest, with direct impacts on soil particle remobilization, air pollution and human exposure to soil's contaminants over extended periods of time. In active volcanic areas, this long-lasting reworking hazard is intensified by the continuous release of large amount of loose and easily resuspended sub-2mm volcanic ash into the Earth's atmosphere (more than a million cubic meters/month1), which, once deposited on the ground, constitute the major compound of volcanic soils2. As shown by epidemiological studies, people living in volcanic environments are at higher risk of developing respiratory injuries3 but also more global and severe symptoms like birth outcomes4, thyroid and gastrointestinal cancers5. They are also most prone to develop a singular form of hepatocellular carcinoma6 and are affected by lower fertility rate, as observed in Peru (source: INEI*). In a proof-of-concept study, we also demonstrated that chronic exposure to resuspended volcanic soil particles favor the onset of testicular disorders and might contribute to the onset of entero-hepatic dysfunctions7; two disorders that have been shown to be interconnected8. Yet, our global understanding of the main toxicity parameters and the mechanisms of actions impacted by chronic exposure to volcanic particles at the whole-body scale remains however unclear, limiting our knowledge regarding this major health burden and environmental risk factor. Based on interdisciplinary research at the interface between volcanology, biology and isotope geochemistry, the proposed project combines pioneering in-vivo approaches, that differ from previous studies both in the problem to be tackled and the methodology to be used, with highly promising stable isotope tracers. So far never investigated in a real volcanic health-related context, these geochemical tracers will be measured for the first time on a unique collection of volcanic soil deposits, as well as in biological tissues and fluids of living organisms (mice, humans) chronically exposed to volcanic particles with the following objectives: (i) Characterize the physicochemical properties of different volcanic soil's deposits to assess their degree of toxicity, (ii) Identify, at the body level, the biological functions preferentially impacted by chronic exposure to volcanic particles by multiple exposure pathways, (iii) Quantify the concentrations and isotopic compositions of potentially toxic elements in both mice and human body reservoirs to develop innovative and non-invasive isotopic biomarkers. The ground-breaking nature of this project will help to tackle challenging questions on the volcanic health hazard from a different angle, making it an integral part of the United Nations 2030 Agenda for sustainable science and preventive medicine.