Réponses de populations de poissons au stress chimique en milieux estuariens (intégration des réponses moléculaires, biochimiques et immunotoxicologiques)

Les milieux côtiers et estuariens sont aujourd hui particulièrement impactés par les activités anthropiques qui se traduisent par des stress multiples s exerçant sur les populations aquatiques (stress chimique, thermique, hypoxique, ). La présence de cocktails de polluants complexes dans les eaux peut avoir des conséquences non seulement sur les écosystèmes aquatiques, mais également sur les populations humaines situées au sommet de la chaîne trophique. Au cours de ce travail de thèse, deux études ont été menées parallèlement en France et au Québec, sur deux poissons considérés comme des espèces sentinelles en milieux estuariens, respectivement le flet (Platichthys flesus) et le poulamon (Microgadus tomcod). Une batterie de biomarqueurs a été mise en œuvre, en considérant différents niveaux d organisation biologique, c est-à-dire en analysant les réponses au stress chimique du niveau moléculaire au niveau individuel (expression de gènes, activité de détoxification, fonctionnement du système immunitaire, métabolisme énergétique, indices de condition). L objectif principal de cette étude était de rechercher les biomarqueurs les plus pertinents pour évaluer la qualité des écosystèmes estuariens, en prenant en compte les spécificités des milieux contaminés et des espèces sentinelles.Dans un premier temps, la réponse du flet a été explorée en conditions contrôlées, après une contamination de 29 jours avec un cocktail de HAPs et PCBs à des doses environnementales, suivie de 14 jours de récupération. Le cocktail de polluants, administré par l alimentation, affecte le système immunitaire et induit des processus de détoxification et des dommages à l ADN. L augmentation de l expression du composant C3 du complément et du TNF-receptor suggère que les polluants provoquent une réponse inflammatoire au niveau du foie. La mesure du lysozyme apparait comme l un des marqueurs les plus sensibles du système immunitaire face aux contaminants. Enfin, cette étude met en évidence une corrélation entre l expression du gène Cytochrome P450 1A1 et les dommages à l ADN.Ces marqueurs ont été dans un second temps mis en œuvre dans l analyse des réponses de populations naturelles de flet puis de poulamon à la contamination chimique. Il apparait dans ces deux études que la réponse du système immunitaire est complexe, certaines fonctions étant inhibées (capacité de phagocytose) alors que d autres sont activées en présence de polluants (expression du C3 et du TNF-R, prolifération lymphocytaire). De plus, l approche multiparamètres confirme que certains marqueurs testés en laboratoire peuvent être également pertinents pour diagnostiquer la qualité des milieux estuariens. Les études réalisées sur les populations de flet et de poulamon montrent un différentiel entre sites contaminées versus sites témoins, au niveau de plusieurs biomarqueurs (métabolisme énergétique, activités de détoxification, réponses immunitaires, indices de condition), selon les sites échantillonnés et l âge des poissons (cohortes 0+ ou 1+).Coastal and estuarine environments are mainly impacted by anthropogenic activities that lead to several stress (chemical and/or thermal stress, hypoxia ). Presence of complex mixtures of contaminants could create serious damages in aquatic ecosystems and also in human populations.During this work, two studies were carried out in France and Québec, on two species: the European flounder (Platichthys flesus) and the Atlantic tomcod (Microgadus tomcod), these fishes being considered as sentinel species of the water estuarine quality. A multi-parameter approach was conducted considering the fish responses to the chemical stress, from molecular to individual levels (gene expression, detoxification process, functioning of the immune system, energetic metabolism and condition index). The main objective of this study was to identify the more pertinent biomarkers to evaluate the estuarine water quality.Firstly, the flounder responses were studied in controlled conditions after 29 days of contamination with environmentally relevant concentrations of PAHs and PCBs in food, followed by a 14 days recovery period. The contaminated diet impacted the immune system and showed an increase of the detoxification process and of the DNA damages. Up-regulation of the complement C3 and TNF-receptor gene expressions could be explain by an inflammatory response in liver. The lysozyme level was also impacted and appeared to be the more sensitive immune parameter to the chemical stress. This study underlined a significant correlation between the Cytochrome P450 1A1 expression level and the DNA damage.Secondly, the previous markers were explored on the flounder and the tomcod, considering the fish population responses to contaminants in the field. These two studies underlined the complexity of the immune responses to contamination, some functions being inhibited (capacity of phagocytosis) whereas others being enhanced (expression of C3 and TNF-R, proliferation of lymphocytes). Moreover, this multiparameter approach confirmed the pertinence of several markers in experimental conditions as in the field. This study carried out on flounder and tomcod populations showed differential responses of populations in contaminated vs in pristine sites (particularly considering: energetic metabolism, detoxification process, immune response and condition index), linked to fish aging (0+ vs 1+ cohorts).BREST-SCD-Bib. electronique (290199901) / SudocSudocFranceF

Responses of fish populations to chemical stress in estuaries : molecular, biochemical and immunotoxicologic approach

Les milieux côtiers et estuariens sont aujourd’hui particulièrement impactés par les activités anthropiques qui se traduisent par des stress multiples s’exerçant sur les populations aquatiques (stress chimique, thermique, hypoxique,…). La présence de cocktails de polluants complexes dans les eaux peut avoir des conséquences non seulement sur les écosystèmes aquatiques, mais également sur les populations humaines situées au sommet de la chaîne trophique. Au cours de ce travail de thèse, deux études ont été menées parallèlement en France et au Québec, sur deux poissons considérés comme des espèces sentinelles en milieux estuariens, respectivement le flet (Platichthys flesus) et le poulamon (Microgadus tomcod). Une batterie de biomarqueurs a été mise en œuvre, en considérant différents niveaux d’organisation biologique, c’est-à-dire en analysant les réponses au stress chimique du niveau moléculaire au niveau individuel (expression de gènes, activité de détoxification, fonctionnement du système immunitaire, métabolisme énergétique, indices de condition). L’objectif principal de cette étude était de rechercher les biomarqueurs les plus pertinents pour évaluer la qualité des écosystèmes estuariens, en prenant en compte les spécificités des milieux contaminés et des espèces sentinelles.Dans un premier temps, la réponse du flet a été explorée en conditions contrôlées, après une contamination de 29 jours avec un cocktail de HAPs et PCBs à des doses environnementales, suivie de 14 jours de récupération. Le cocktail de polluants, administré par l’alimentation, affecte le système immunitaire et induit des processus de détoxification et des dommages à l’ADN. L’augmentation de l’expression du composant C3 du complément et du TNF-receptor suggère que les polluants provoquent une réponse inflammatoire au niveau du foie. La mesure du lysozyme apparait comme l’un des marqueurs les plus sensibles du système immunitaire face aux contaminants. Enfin, cette étude met en évidence une corrélation entre l’expression du gène Cytochrome P450 1A1 et les dommages à l’ADN.Ces marqueurs ont été dans un second temps mis en œuvre dans l’analyse des réponses de populations naturelles de flet puis de poulamon à la contamination chimique. Il apparait dans ces deux études que la réponse du système immunitaire est complexe, certaines fonctions étant inhibées (capacité de phagocytose) alors que d’autres sont activées en présence de polluants (expression du C3 et du TNF-R, prolifération lymphocytaire). De plus, l’approche multiparamètres confirme que certains marqueurs testés en laboratoire peuvent être également pertinents pour diagnostiquer la qualité des milieux estuariens. Les études réalisées sur les populations de flet et de poulamon montrent un différentiel entre sites contaminées versus sites témoins, au niveau de plusieurs biomarqueurs (métabolisme énergétique, activités de détoxification, réponses immunitaires, indices de condition), selon les sites échantillonnés et l’âge des poissons (cohortes 0+ ou 1+).Coastal and estuarine environments are mainly impacted by anthropogenic activities that lead to several stress (chemical and/or thermal stress, hypoxia…). Presence of complex mixtures of contaminants could create serious damages in aquatic ecosystems and also in human populations.During this work, two studies were carried out in France and Québec, on two species: the European flounder (Platichthys flesus) and the Atlantic tomcod (Microgadus tomcod), these fishes being considered as sentinel species of the water estuarine quality. A multi-parameter approach was conducted considering the fish responses to the chemical stress, from molecular to individual levels (gene expression, detoxification process, functioning of the immune system, energetic metabolism and condition index). The main objective of this study was to identify the more pertinent biomarkers to evaluate the estuarine water quality.Firstly, the flounder responses were studied in controlled conditions after 29 days of contamination with environmentally relevant concentrations of PAHs and PCBs in food, followed by a 14 days recovery period. The contaminated diet impacted the immune system and showed an increase of the detoxification process and of the DNA damages. Up-regulation of the complement C3 and TNF-receptor gene expressions could be explain by an inflammatory response in liver. The lysozyme level was also impacted and appeared to be the more sensitive immune parameter to the chemical stress. This study underlined a significant correlation between the Cytochrome P450 1A1 expression level and the DNA damage.Secondly, the previous markers were explored on the flounder and the tomcod, considering the fish population responses to contaminants in the field. These two studies underlined the complexity of the immune responses to contamination, some functions being inhibited (capacity of phagocytosis) whereas others being enhanced (expression of C3 and TNF-R, proliferation of lymphocytes). Moreover, this multiparameter approach confirmed the pertinence of several markers in experimental conditions as in the field. This study carried out on flounder and tomcod populations showed differential responses of populations in contaminated vs in pristine sites (particularly considering: energetic metabolism, detoxification process, immune response and condition index), linked to fish aging (0+ vs 1+ cohorts)

Réponses de populations de poissons au stress chimique en milieux estuariens : intégration des réponses moléculaires, biochimiques et immunotoxicologiques

Coastal and estuarine environments are mainly impacted by anthropogenic activities that lead to several stress (chemical and/or thermal stress, hypoxia…). Presence of complex mixtures of contaminants could create serious damages in aquatic ecosystems and also in human populations.During this work, two studies were carried out in France and Québec, on two species: the European flounder (Platichthys flesus) and the Atlantic tomcod (Microgadus tomcod), these fishes being considered as sentinel species of the water estuarine quality. A multi-parameter approach was conducted considering the fish responses to the chemical stress, from molecular to individual levels (gene expression, detoxification process, functioning of the immune system, energetic metabolism and condition index). The main objective of this study was to identify the more pertinent biomarkers to evaluate the estuarine water quality.Firstly, the flounder responses were studied in controlled conditions after 29 days of contamination with environmentally relevant concentrations of PAHs and PCBs in food, followed by a 14 days recovery period. The contaminated diet impacted the immune system and showed an increase of the detoxification process and of the DNA damages. Up-regulation of the complement C3 and TNF-receptor gene expressions could be explain by an inflammatory response in liver. The lysozyme level was also impacted and appeared to be the more sensitive immune parameter to the chemical stress. This study underlined a significant correlation between the Cytochrome P450 1A1 expression level and the DNA damage.Secondly, the previous markers were explored on the flounder and the tomcod, considering the fish population responses to contaminants in the field. These two studies underlined the complexity of the immune responses to contamination, some functions being inhibited (capacity of phagocytosis) whereas others being enhanced (expression of C3 and TNF-R, proliferation of lymphocytes). Moreover, this multiparameter approach confirmed the pertinence of several markers in experimental conditions as in the field. This study carried out on flounder and tomcod populations showed differential responses of populations in contaminated vs in pristine sites (particularly considering: energetic metabolism, detoxification process, immune response and condition index), linked to fish aging (0+ vs 1+ cohorts).Les milieux côtiers et estuariens sont aujourd’hui particulièrement impactés par les activités anthropiques qui se traduisent par des stress multiples s’exerçant sur les populations aquatiques (stress chimique, thermique, hypoxique,…). La présence de cocktails de polluants complexes dans les eaux peut avoir des conséquences non seulement sur les écosystèmes aquatiques, mais également sur les populations humaines situées au sommet de la chaîne trophique. Au cours de ce travail de thèse, deux études ont été menées parallèlement en France et au Québec, sur deux poissons considérés comme des espèces sentinelles en milieux estuariens, respectivement le flet (Platichthys flesus) et le poulamon (Microgadus tomcod). Une batterie de biomarqueurs a été mise en œuvre, en considérant différents niveaux d’organisation biologique, c’est-à-dire en analysant les réponses au stress chimique du niveau moléculaire au niveau individuel (expression de gènes, activité de détoxification, fonctionnement du système immunitaire, métabolisme énergétique, indices de condition). L’objectif principal de cette étude était de rechercher les biomarqueurs les plus pertinents pour évaluer la qualité des écosystèmes estuariens, en prenant en compte les spécificités des milieux contaminés et des espèces sentinelles.Dans un premier temps, la réponse du flet a été explorée en conditions contrôlées, après une contamination de 29 jours avec un cocktail de HAPs et PCBs à des doses environnementales, suivie de 14 jours de récupération. Le cocktail de polluants, administré par l’alimentation, affecte le système immunitaire et induit des processus de détoxification et des dommages à l’ADN. L’augmentation de l’expression du composant C3 du complément et du TNF-receptor suggère que les polluants provoquent une réponse inflammatoire au niveau du foie. La mesure du lysozyme apparait comme l’un des marqueurs les plus sensibles du système immunitaire face aux contaminants. Enfin, cette étude met en évidence une corrélation entre l’expression du gène Cytochrome P450 1A1 et les dommages à l’ADN.Ces marqueurs ont été dans un second temps mis en œuvre dans l’analyse des réponses de populations naturelles de flet puis de poulamon à la contamination chimique. Il apparait dans ces deux études que la réponse du système immunitaire est complexe, certaines fonctions étant inhibées (capacité de phagocytose) alors que d’autres sont activées en présence de polluants (expression du C3 et du TNF-R, prolifération lymphocytaire). De plus, l’approche multiparamètres confirme que certains marqueurs testés en laboratoire peuvent être également pertinents pour diagnostiquer la qualité des milieux estuariens. Les études réalisées sur les populations de flet et de poulamon montrent un différentiel entre sites contaminées versus sites témoins, au niveau de plusieurs biomarqueurs (métabolisme énergétique, activités de détoxification, réponses immunitaires, indices de condition), selon les sites échantillonnés et l’âge des poissons (cohortes 0+ ou 1+)

Phenotypic and genetic differentiation in young-of-the-year common sole () at differentially contaminated nursery grounds

International audienc

A multibiomarker approach on the Atlantic tomcod (Microgadus tomcod) in the St. Lawrence Estuary.

This work was conducted in the environmental immunotoxicology laboratory at Institut Armand Frappier (IAF-INRS). Financial support has been provided by the Canada Research Chair in Environmental Immunotoxicology (Dr. Michel Fournier) and Collège Doctoral International de l'Université européenne de Bretagne. This study was also supported by the INTERREG IV program (DIESE): 50 % of the Ph.D. grant was obtained by the first author, for the development of immune markers in ecotoxicology.International audienceA multibiomarker approach was developed on juvenile Atlantic tomcod (Microgadus tomcod) to evaluate the pertinence of this approach for low-cost screening assessment of the environmental quality of various coastal sites within estuaries. Several biometric indices and biomarkers (ethoxyresorufin-O-deethylase (EROD) activity, metallothionein concentration, and immune responses) were investigated on immature and maturing tomcods (≤ 31 months) collected in four environmentally contrasted sites in the St. Lawrence Estuary (SLE). Simultaneous examination of various age classes provides the opportunity to detect short-term responses in sensitive young-of-the-year fish (e.g., EROD induction) and longer-time effects associated with chronic exposure and bioaccumulation (e.g., metallothionein induction). Principal component analysis was helpful to discriminate between responses possibly related to contaminant exposure (EROD, metallothionein) and responses that could be affected by upstream-downstream gradient (immune response, biometric indices). Measurement of a battery of biomarkers in young tomcods at several sites along the shore of the SLE is a low-cost screening investigation useful to identify hot spots requiring further investigation with chemical analysis and additional reference sites

Proteomic analysis of the European flounder Platichthys flesus response to experimental PAH–PCB contamination

International audiencePlatichthys flesus is often used as a sentinel species to monitor the estuarine water quality. In this study, we carried out an experimental contamination of fish using a PAHs/PCBs mixture, which was designed to mimic the concentrations found in the Seine estuary (C1) and 10 times these concentrations (C2). We used a proteomic approach to understand the molecular mechanisms implied in the response of P. flesus to these xenobiotics. We showed that 54 proteins were differentially accumulated in one or several conditions, which 34 displayed accumulation factors higher than two. 18 of these proteins were identified by MALDI TOF-TOF mass spectrometry. The results indicated the deregulation of oxidative stress- and glutathione metabolism-(GST, GPx) proteins as well as of several proteins belonging to the betaine demethylation pathway and the methionine cycle (BHMT, SHMT, SAHH), suggesting a role for these different pathways in the P. flesus response to chemical contamination

Responses of the European flounder (Platichthys flesus) to a mixture of PAHs and PCBs in experimental conditions.

International audience: A multibiomarker approach was developed to evaluate the juvenile European flounder responses to a complex mixture of 9 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and 12 polychlorinated biphenyls (PCBs). Exposure was performed through contaminated food pellets displaying: (1) PAH and PCB levels similar to those detected in the heavily polluted Seine estuary, respectively in sediments and in flatfish and (2) ten times these concentrations. Several biomarkers of the immune system (e.g., lysozyme concentration and gene expression of complement component C3 and TNF-receptor), DNA damage (e.g., Comet assay), energetic metabolism (e.g., activity of cytochrome C oxidase), detoxification process (e.g., cytochrome P450 1A1 expression level: CYP1A1; betaine homocysteine methyl transferase expression level: BHMT) were investigated after 14 and 29 days of contamination, followed by a 14-days recovery period. After 29 days of contamination, the detoxification activity (CYP1A1 expression level) was positively correlated with DNA damages; the increase of the BHMT expression level could also be related to the detoxification process. Furthermore, after the recovery period, some biomarkers were still upregulated (i.e., CYP1A1 and BHMT expression levels). The immune system was significantly modulated by the chemical stress at the two concentration levels, and the lysozyme appeared to be the most sensitive marker of the mixture impact