Effect of non-ageing and ageing ceria nanoparticles suspensions on fresh water micro-algae

When assessing the hazards properties of nanomaterials in the environment, the main research challenges are numerous. Firstly, determining if nanomaterials are more or less toxic than the bulk forms of the same materials and the extent to which toxicity is governed or influenced by the physico-chemicals properties of the nanoparticles. Secondly, it appears necessary to study the effect of nanomaterials and nanoparticles throughout their life cycle including both initial forms and physico-chemically modified form (i.e. aggregated or agglomerated forms) resulting from an ageing process. Our work focused on the effect of commercial ceria nanoparticle (nCeO2) suspensions, towards freshwater micro-algae assessing the effect nCeO2 suspensions with different agglomeration/aggregation state obtained by using an artificial ageing process. Both ageing and non-ageing nCeO2 suspensions were fully characterized using dynamic light scattering (ZetaSizer, Malvern Instruments) or laser diffraction (MasterSizer, Malvern Instruments) and transmission electron microscopy (TEM). In addition, the interaction between NPs and algae were investigated using flow-cytometry and environmental scanning electron microscope technique (E-SEM).The results obtained showed that the algae growth inhibition was similar after exposure to non-ageing or ageing nCeO2 suspensions. The results obtained from flow-cytometry and E-SEM proved that the ceria NPs are able to tightly entrap the algae cells, which could in part contribute to the effect recorded. Those results also support the fact that aggregation or agglomeration has a few influences when focusing on the standardized algae ecotoxicity test. Moreover by comparison to our previous studies performed with other ceria suspensions, it was shown that the primary particle size and consequently the particle surface area is a relevant parameter in assessing the ecotoxicity of nanoparticles

Mixtures of Chemical Pollutants at European Legislation Safety Concentrations: How Safe Are They?

The risk posed by complex chemical mixtures in the environment to wildlife and humans is increasingly debated, but has been rarely tested under environmentally relevant scenarios. To address this issue, two mixtures of 14 or 19 substances of concern (pesticides, pharmaceuticals, heavy metals, polyaromatic hydrocarbons, a surfactant, and a plasticizer), each present at its safety limit concentration imposed by the European legislation, were prepared and tested for their toxic effects. The effects of the mixtures were assessed in 35 bioassays, based on 11 organisms representing different trophic levels. A consortium of 16 laboratories was involved in performing the bioassays. The mixtures elicited quantifiable toxic effects on some of the test systems employed, including i) changes in marine microbial composition, ii) microalgae toxicity, iii) immobilization in the crustacean Daphnia magna, iv) fish embryo toxicity, v) impaired frog embryo development, and vi) increased expression on oxidative stress-linked reporter genes. Estrogenic activity close to regulatory safety limit concentrations was uncovered by receptor-binding assays. The results highlight the need of precautionary actions on the assessment of chemical mixtures even in cases where individual toxicants are present at seemingly harmless concentration

Mixtures of chemical pollutants at European legislation safety concentrations: how safe are they?

The risk posed by complex chemical mixtures in the environment to wildlife and humans is increasingly debated, but has been rarely tested under environmentally relevant scenarios. To address this issue, two mixtures of 14 or 19 substances of concern (pesticides, pharmaceuticals, heavy metals, polyaromatic hydrocarbons, a surfactant, and a plasticizer), each present at its safety limit concentration imposed by the European legislation, were prepared and tested for their toxic effects. The effects of the mixtures were assessed in 35 bioassays, based on 11 organisms representing different trophic levels. A consortium of 16 laboratories was involved in performing the bioassays. The mixtures elicited quantifiable toxic effects on some of the test systems employed, including i) changes in marine microbial composition, ii) microalgae toxicity, iii) immobilization in the crustacean Daphnia magna, iv) fish embryo toxicity, v) impaired frog embryo development, and vi) increased expression on oxidative stress-linked reporter genes. Estrogenic activity close to regulatory safety limit concentrations was uncovered by receptor-binding assays. The results highlight the need of precautionary actions on the assessment of chemical mixtures even in cases where individual toxicants are present at seemingly harmless concentrations

La cytométrie de flux, un outil innovant en écotoxicologie

Flow cytometry is a technique for counting and examining microscopic particles, such as cells, in a simultaneous multiparametric analysis of the physical and/or chemical characteristics. Currently, flow cytometry is used in the diagnosis of health disorders, but has many other applications in both research and clinical practice. In fact, some laboratories used flow cytometer for biomonitoring of organism health and risk assessment. Thus, a flow cytometry platform was purchased by the INERIS Institute to use it in several projects, such as DEVIL (Development and validation of fish biomarkers for the implementation of environmental legislation). The immune capacities were now routinely performed ex vivo, in vivo and in situ in the Institute. In the same way, other scopes of applications were proposed, such as genotoxicity in rats and three-spined sticklebacks; toxicity in human cultured cells and algae. All these studies enable using of flow cytometry for risk assessment by ecotoxicological, toxicological and biomonitored experiments.La cytométrie de flux consiste à étudier les caractéristiques physiques et chimiques de particules, telles que les cellules, entraînées dans un flux liquide. Les cellules sont excitées par un laser et émettent en réponse un rayonnement qui permet d’obtenir des informations multiples les concernant. Ces informations sont obtenues soit directement par l’autofluorescence des cellules, soit indirectement par l’intermédiaire de fluorochromes qui sont souvent des marqueurs cellulaires. Les premiers cytomètres de flux ont été inventés dans les années 1950 pour une utilisation en biologie médicale. Depuis quelques années, les domaines d’intérêt se sont élargis à l’analyse biologique et plus spécifiquement à l’évaluation environnementale des effets des substances chimiques avec, à terme, une possible automatisation du suivi de biomarqueurs de la qualité des milieux. Ces méthodes d’analyse en cytométrie de flux sont intéressantes du fait de leur rapidité d’analyse, de l’utilisation de faibles volumes d’échantillon, de leur facilité de transposition à de nombreux modèles biologiques et de l’automatisation possible des dosages. De ce fait, certains laboratoires cherchent à développer des tests en routine pour la détermination, notamment en biosurveillance, de l’état de santé des organismes. Dans ce cadre, des méthodes de dénombrement des cellules sanguines, de dosage des différentes activités immunitaires cellulaires, de génotoxicité ou encore d’analyse des activités algales ont été développées

Effets de pollutions par hydrocarbures sur les capacités de défense d'organismes marins

Les effets des HAPs, parmi les plus toxiques de la liste de l Agence de Protection Environnementale Américaine, sont testés in vitro et in vivo sur deux espèces commerciales des Pertuis Charentais (Charente-Maritime, France) : le bar commun, Dicentrarchus labrax, et l huître creuse, Crassostrea gigas. Cette étude, réalisée dans le cadre du projet européen EROCIPS, recherche de nouveaux descripteurs immunologiques d une pollution occasionnelle par hydrocarbures. Lors d expérimentations in vitro, le choix de polluants de type hydrocarbure et de descripteurs d intérêt de l immunité non spécifique chez les deux espèces étudiées est réalisé. Puis, des expositions in vivo à la fraction soluble du fioul lourd issus de l Erika et de son fluxant, le light cycle oil, sont entreprises. Elles ont permis la validation de l outil expérimental avec notamment la mesure des HAPs bioaccumulés et métabolisés et la détermination d outils de diagnostic de type immunologique pertinents : l activité phénoloxydase chez les Mollusques et l activité hémolytique du complément voie alterne chez les poissons. Ces deux cascades enzymatiques sont proposées pour la première fois dans le cadre d une évaluation d une pollution occasionnelle par hydrocarbures pour des conditions réelles de terrain.The effects of PAHs, considered among the most toxic by the United States Environmental Protection Agency, were tested in vitro and in vivo on two commercial species of the Pertuis-Charentais (Charente-Maritime, France): sea bass, Dicentrarchus labrax, and the Pacific oyster, Crassostrea gigas. This study was carried out as part of the European project EROCIPS with the aim of finding new immunological biomarkers caused by occasional pollution by hydrocarbons. During in vitro experimentation, pollutants and immunological biomarkers were choosen. Thereafter, the in vitro exposures to the soluble fraction of Erika s heavy fuel oil and its fluxant, light cycle oil, began. These exposures enable the validation of the experimental system used, with, in particular, the measurement of bioaccumulated PAHs and metabolites and of choice of the immune biomarkers. The phenoloxidase activity of molluscs and the haemolytic activity of the alternative complement pathway of fish were proposed, for the first time, as suitable biomarkers for the evaluation of pollutant risks in field conditions.LA ROCHELLE-BU (173002101) / SudocSudocFranceF

Utilisation des immunomarqueurs cellulaires non-spécifiques dans le contrôle d’enquête

La demande croissante par les citoyens et les organisations environnementales d’une législation concernant les usages de l’eau et la réduction des pollutions est liée à une prise de conscience grandissante de la valeur des écosystèmes en tant que système d’alerte précoce pour la santé de l’Homme. Dans ce contexte, la directive cadre sur l’eau (DCE) du 23 octobre 2000 définit, au niveau européen, un cadre pour la gestion et la protection des eaux par grand bassin hydrographique avec une perspective de développement durable et d’atteinte rapide du bon état écologique et chimique (dernière échéance en 2027). Néanmoins, la réglementation actuelle, s’adressant pour l’essentiel aux pollutions et aux effets écologiques, ne reflète qu’une dégradation a posteriori et souffre d’un manque de prédictivité. En complément de ces méthodes conventionnelles, d’autres approches basées sur les mécanismes d’action des polluants permettent une évaluation plus précoce et plus explicative de l’impact de la contamination sur les organismes. En effet, les contaminants sont susceptibles de causer, directement ou indirectement, des effets nuisibles sur les principaux systèmes physiologiques comprenant les systèmes endocriniens, reproducteurs, nerveux et immunitaires. Ceci a pour conséquence la remise en cause de leur croissance, de leur reproduction, voire de leur survie. Parmi l’ensemble des biomarqueurs existant, l’étude du système immunitaire non spécifique apparait comme de plus en plus pertinente dans l’analyse du risque environnemental. Tout en étant sensible aux faibles doses en contaminants, le système immunitaire revêt une pertinence écologique forte du fait de son importance dans la résistance vis-à-vis des maladies. Afin de promouvoir les immunomarqueurs en tant qu’outils utilisables pour la surveillance des masses d’eau, différents exemples de contrôle d’enquête les intégrant seront évoqués

Utilisation des immunomarqueurs cellulaires non-spécifiques dans le contrôle d’enquête

La demande croissante par les citoyens et les organisations environnementales d’une législation concernant les usages de l’eau et la réduction des pollutions est liée à une prise de conscience grandissante de la valeur des écosystèmes en tant que système d’alerte précoce pour la santé de l’Homme. Dans ce contexte, la directive cadre sur l’eau (DCE) du 23 octobre 2000 définit, au niveau européen, un cadre pour la gestion et la protection des eaux par grand bassin hydrographique avec une perspective de développement durable et d’atteinte rapide du bon état écologique et chimique (dernière échéance en 2027). Néanmoins, la réglementation actuelle, s’adressant pour l’essentiel aux pollutions et aux effets écologiques, ne reflète qu’une dégradation a posteriori et souffre d’un manque de prédictivité. En complément de ces méthodes conventionnelles, d’autres approches basées sur les mécanismes d’action des polluants permettent une évaluation plus précoce et plus explicative de l’impact de la contamination sur les organismes. En effet, les contaminants sont susceptibles de causer, directement ou indirectement, des effets nuisibles sur les principaux systèmes physiologiques comprenant les systèmes endocriniens, reproducteurs, nerveux et immunitaires. Ceci a pour conséquence la remise en cause de leur croissance, de leur reproduction, voire de leur survie. Parmi l’ensemble des biomarqueurs existant, l’étude du système immunitaire non spécifique apparait comme de plus en plus pertinente dans l’analyse du risque environnemental. Tout en étant sensible aux faibles doses en contaminants, le système immunitaire revêt une pertinence écologique forte du fait de son importance dans la résistance vis-à-vis des maladies. Afin de promouvoir les immunomarqueurs en tant qu’outils utilisables pour la surveillance des masses d’eau, différents exemples de contrôle d’enquête les intégrant seront évoqués

Used of fish immune response in environmental risk assessment

Growing awareness of the value of ecosystems is linked with the increasing demand by citizens and environmental organizations for cleaner rivers and lakes, groundwater and coastal beaches. This citizens demand is one of the main reasons why the Commission has made water protection one of its priorities. This explains the restructuring process of the Water Framework Directive (WFD 2000/60/EC) which concerns the general protection of aquatic ecology, specific protection of unique and valuable habitats, protection of drinking water resources, and protection of bathing water. Two elements are integrated in the ecological protection of surface waters: the "good ecological status" and the "good chemical status". Thus, the environmental objectives concern long-term sustainable water management based on a high level of protection of the aquatic environment and the introduction of the principle of preventing any further deterioration of the ecological and chemical status. In fact, the introduction of several environmental pollutants in freshwaters induces adverse effects in aquatic ecosystems by the disturbance of several physiological processes of aquatic organisms. This modification of the ecosystem could be avoided by increasing our knowledge on the chemical injuries induced on the main physiological functions, such as reproduction, maintenance, survival and behavior. In this way, we want to demonstrate the interest of fish immune response in environmental risk assessment using different river samplings

Depleted uranium disturbs immune parameters in Zebrafish, Danio rerio : An Ex Vivo/ In Vivo experiment

In this study, we investigated the effects of depleted uranium (DU), the byproduct of nuclear enrichment of uranium, on several parameters related to defence system in the zebrafish, Danio rerio, using flow cytometry. Several immune cellular parameters were followed on kidney leucocytes: cell proportion, cell mortality, phagocytosis activity and associated oxidative burst and lysosomal membrane integrity (LMI). Effects of DU were tested ex vivo after 17 h of contact between DU and freshly isolated leucocytes from 0 to 500 A[micro]g DU/L. Moreover, adult zebrafish were exposed in vivo during 3 days at 20 and 250 A[micro]g DU/L. Oxidative burst results showed that DU increased reactive oxygen species (ROS) basal level and therefore reduced ROS stimulation index in both ex vivo and in vivo experiments. ROS PMA-stimulated level was also increased at 250 A[micro]g DU/L in vivo only. Furthermore, a decrease of LMI was detected after in vivo experiments. Cell mortality was also decreased at 20 A[micro]g DU/L in ex vivo experiment. However, phagocytosis activity was not modified in both ex vivo and in vivo experiments. A reduction of immune-related parameters was demonstrated in zebrafish exposed to DU. DU could therefore decrease the ability of fish to stimulate its own immune system which could, in turn, enhance the susceptibility of fish to infection. These results encourage the development and the use of innate immune analysis by flow cytometry in order to understand the effects of DU and more generally radionuclides on fish immune system and response to infectious diseases