34 - Du superpétrolier à la nanoparticule : 30 ans d'écotoxicologie marine, hommage au professeur Émilien Pelletier

Le rôle des contaminants comme facteurs pouvant provoquer des stress environnementaux est reconnu depuis les années 1960, c'est-à-dire depuis le cri d'alarme lancé par Rachel Carson en ce qui concerne les effets des pesticides organochlorés chez la faune sauvage. Ce n'était qu'environ 15 ans plus tard que l'on a démontré que les activités anthropiques influaient également sur le cycle biogéochimique des métaux. La contamination par les composés organiques persistants ayant été identifiée en premier, les concepts de base en écotoxicologie se sont naturellement développés dans un contexte de produits organiques de synthèse.  Pour un contaminant de ce type, trois critères sont généralement employés pour évaluer son danger potentiel : sapersistance dans le milieu récepteur, sa bioaccumulation chez les organismes vivants, et satoxicité inhérente (P-B-T). Cette approche s'est avérée utile pour identifier les contaminants organiques problématiques, mais son application aux composés inorganiques (ex. : les métaux) s'est heurtée à une réalité chimique toute différente.

Dans cette présentation on fera d'abord un survol du comportement des contaminants organiques et inorganiques dans le milieu récepteur, à l'interface entre le milieu abiotique et la cellule vivante, et dans le milieu intracellulaire. Ensuite, en mettant l'accent sur les contaminants inorganiques, on considérera le cas des métaux non essentiels (ex. : Ag, Cd, Hg) et leurs effets sur les organismes aquatiques.

Au cours des 30 dernières années, l'effet de substances toxiques sur le système immunitaire a constitué un corps de connaissances de plus en plus important permettant actuellement de considérer ce domaine de recherche comme une nouvelle science. L'immunotoxicologie tire ses racines de préoccupations plutôt pharmacologiques, basées sur la recherche de substances pouvant moduler les capacités immunitaires d'êtres humains à des fins thérapeutiques. Elle s'appuyait sur des connaissances et des outils adaptés aux modèles murins.  L'application à d'autres espèces animales et la prise en considération des contaminants environnementaux, a forcé le développement de nouvelles approches d'études, adaptées aux expériences réalisées en laboratoire et aux  terrains. L'utilisation d'espèces animales nouvelles força à la fois l'acquisition de connaissances fondamentales sur le fonctionnement de leur système immunitaire ainsi que le développement de nouveaux outils d'investigation.  Ces démarches impliquent des travaux visant aussi bien les bases moléculaires de l'action de toxiques sur la compétence immunitaire que sur les conséquences pour la santé des organismes et des populations exposés. Dans cette présentation nous illustrerons différentes situations avec des cas-types adaptés plus particulièrement au milieu marin. 

Les éléments du groupe platine et les terres rares sont des éléments très convoités, ce qui est susceptible d'augmenter leur présence dans les eaux de surface et leur disponibilité pour les organismes aquatiques. Ce projet s'insère à l'intérieur d'un programme de recherche visant à mieux comprendre l'accumulation et la toxicité de ces éléments chez les organismes aquatiques. L'objectif spécifique du présent projet est d'examiner la gestion intracellulaire de quatre éléments (Pd, Pt, La, Eu) chez une algue verte (C. reinhardtii) grâce au  fractionnement subcellulaire par centrifugation différentielle. Suite à une exposition d'une heure ([M] < 200 nM), dans un milieu sans phosphate afin d'éviter les précipitations avec les terres rares, les parties granules, organites, débris, HSP (heat stable peptides) et HDP (heat denatured proteins) sont analysées à l'ICP-MS. L'addition de ces fractions est comparée avec la fraction «totale intracellulaire» qui représente les cellules non fractionnées, afin d'établir un bilan de masse. Suite au fractionnement, nous avons observé une proportion importante de Pd et de Pt (éléments mous) dans la fraction organites. Les éléments La et Eu (éléments durs) se retrouvent davantage dans la partie granule. Cette différentiation dans la distribution subcellulaire entre éléments durs et mous est conforme avec nos observations passées chez C. reinhardtii avec d'autres éléments (Sc, Al, Ag, Cd).

Depuis 1994, un suivi environnemental du fjord du Saguenay a été entrepris afin de mieux comprendre les effets écotoxiques des pressions anthropiques que subies le fjord. L'espèce sentinelle retenue est la mye Mya arenaria, bivalve intrasédimentaire ubiquiste dans le fjord et l'estuaire du Saint-Laurent. Pour évaluer les effets de l'exposition chronique à la contamination du fjord et pour répondre aux objectifs de surveillance du milieu, notre étude s'est intéressée aux réponses de plusieurs biomarqueurs d'exposition et de dommages aux niveaux moléculaire et cellulaire. Ces réponses ont été interprétées au regard de la contamination chimique des myes (concentration en HAP, BPC, PDBE, POC) ainsi qu'au regard de l'état de santé global de l'organisme. Une dichotomie dans l'état de santé des myes entre les sites de l'estuaire et ceux du fjord apparaît clairement. Malgré des conditions environnementales favorables à l'estuaire, les pressions anthropiques portuaires et municipales que subissent ces sites entraînent un état de santé des bivalves amoindris par rapport aux myes du Saguenay. Toutefois, le gradient de contamination amont-aval dans le fjord reste marqué puisque les myes prélevées dans les sites le plus en amont sont celles subissant les effets les plus délétères de la contamination du fjord. Cette étude confirme la validité de cette méthodologie pour le suivi du fjord et souligne la pertinence d'un tel suivi pour la gestion et la conservation de ce milieu naturel.

Les efflorescences algales dans les milieux aquatiques est un phénomène mondial croissant. En eaux douces, les blooms sont souvent inquiétants car plusieurs cyanobactéries (algues bleu-vert) peuvent produire des toxines (cyanotoxines) qui sont une menace pour les écosystèmes, la faune et les sources d'eau potable. Par ailleurs, la popularité des suppléments alimentaires naturels composés de cyanobactéries peuvent poser un risque pour les consommateurs s'ils contiennent des toxines. Il est donc important de développer des méthodes d'analyses pour le suivi des cyanotoxines dans l'environnement et protéger la santé publique. Dans ce travail, une méthode de séparation à haute résolution utilisant la chromatographie liquide LC et la spectrométrie de masse MS a été développée et validée pour l'analyse de mélanges complexes de microcystines, d'anatoxines et de cylindrospermopsines. Cette méthode a été utilisée pour l'identification de variants connus et inconnus de cyanotoxines provenant de cultures algales de milieux naturels ou de laboratoire et leur évaluation dans le cadre d'une étude de faisabilité pour la production d'un matériel référence RM de cyanobactéries lyophilisées contenant plusieurs cyanotoxines. De plus, une série de composés homologues d'alkyl-pyridine d'acide sulfonique ont été synthétisés et un RM produit pour la caractérisation de plusieurs cyanotoxines ainsi que de toxines d'algues marines et de médicaments vétérinaires en terme d'indices de rétention par LC-MS.

L'évaluation des risques représentées par une substance chimique (pesticides, métaux, HAP, etc.) pour le biote aquatique repose, entre autres, sur la détermination préalable de la relation quantitative Exposition – Dose – Effets (ExDE). La compréhension et la quantification du processus de bioaccumulation, c'est-à-dire la relation Exposition – Dose,  en est la première étape. On doit alors répondre aux questions qui permettront de quantifier la relation Exposition – Dose. Comment ? À quelle vitesse ? Combien ?  Où ? La réponse à ces questions est le plus souvent obtenue expérimentalement, en exposant en laboratoire des organismes modèles à la substance chimique à évaluer, dans des conditions contrôlées représentatives du milieu réel. La réalisation de telles expériences à l'aide des techniques classiques de dissection et de chimie analytique s'avère souvent très coûteuse en temps, en main d'œuvre, en matériel et en organismes. L'utilisation d'un radio-marqueur, un atome radioactif intégré à la structure même de la substance chimique à l'étude, permet de réaliser ce type d'expériences avec une importante économie de ressources matérielles, humaines et animales, tout en permettant d'obtenir des résultats de meilleures qualités. Cette approche ‘nucléaire' sera illustrée et commentée avec des résultats obtenus au cours des 20 dernières années à l'aide des deux principales techniques nucléaires utilisées au LAMER; le comptage gamma in vivo et la macro-autoradiographie.

Tous les écotoxicologues ne travaillent pas en milieu universitaire ou dans un laboratoire gouvernemental. La toxicologie de l'environnement est pourtant partout autour de nous. Quelles sont les défis auxquels nous devons faire face en tant qu'écotoxicologue, une fois la formation reçue, une fois que nous exerçons ? Et puis, quelles sont les défis vécus par les entreprises ?

Pour clôre la session, nous discuterons du transfert des outils de la recherche en milieu universitaire vers le milieu privé.