The Athena X-ray Integral Field Unit: a consolidated design for the system requirement review of the preliminary definition phase

Instrumentatio

L'approche PICT pour évaluer l'impact écotoxicologique des contaminants métalliques dans les sédiments : Guide méthodologique, application et perspectives opérationnelles

Le développement d'outils permettant d'établir in situ des liens entre la présence de contaminants et la réponse des communautés aquatiques exposées représente un enjeu important en vue d'appréhender plus finement l'impact de ces substances sur la qualité écologique des milieux aquatiques récepteurs. Cela est particulièrement vrai au niveau du compartiment sédimentaire qui reste peu pris en compte dans l'évaluation de la qualité écologique et écotoxicologique des milieux aquatiques. L'exposition chronique des communautés aquatiques aux contaminants peut se traduire par la sélection d'espèces tolérantes et par des phénomènes d'adaptation génétique ou physiologique. Au sein des communautés microbiennes, ces processus peuvent engendrer l'acquisition et le développement de capacités de tolérance, conformément au concept PICT (« Pollution Induced Community Tolerance »). L'étude de ces capacités adaptatives, généralement assez spécifiques d'un composé ou d'une famille de composés, peut permettre d'établir des liens entre exposition et effets biologiques sur les communautés microbiennes. Appliquée aux sédiments, l'approche PICT pourrait ainsi renseigner sur l'impact écotoxicologique des contaminants sur les communautés microbiennes associées à ce compartiment et sur ses conséquences sur la qualité écologique des milieux aquatiques Dans ce contexte, nous avons développé une approche PICT pour évaluer l'impact de contaminants métalliques sur les communautés microbiennes sédimentaires. Le couplage entre, d'une part, des campagnes d'échantillonnage en milieu lotique et lacustre et, d'autre part, des développements méthodologiques en laboratoire, nous a ainsi permis de proposer une méthodologie robuste, détaillée dans le présent rapport. Celle-ci tient compte de toutes les étapes, depuis l'échantillonnage jusqu'à l'analyse des courbes dose-réponse permettant de déterminer les niveaux de tolérance. Développée en prenant comme modèle le cuivre, cette méthodologie est applicable à d'autres types de composés métalliques. La mise en oeuvre de cette méthode dans différents écosystèmes (lac Léman, rivières en région Auvergne-Rhône-Alpes) a permis de démontrer son fort potentiel opérationnel pour répondre au besoin de marqueurs biologiques d'exposition dans le compartiment sédimentaire afin de compléter les méthodes de bioindication existantes, peu adaptées à la problématique des contaminants toxiques. A ce stade, elle est par exemple directement applicable pour suivre l'évolution temporelle de la qualité écotoxicologique d'une station donnée, dans un contexte de dégradation ou au contraire d'amélioration de la qualité chimique en lien avec la contamination métallique (par ex. pour évaluer l'efficacité de mesures visant à réduire localement l'impact de ce type de contamination). En complément, notre travail fait ressortir deux perspectives principales d'amélioration de cette approche pour renforcer son caractère opérationnel. Sur la base de la méthode développée, la première concerne la définition de valeurs-seuils d'exposition à partir des niveaux de tolérance mesurés, afin de s'affranchir du besoin de mettre en oeuvre une démarche de comparaison relative, basée sur la comparaison de la tolérance d'une communauté microbienne exposée avec celle d'une communauté « de référence ». La deuxième concerne l'élaboration d'une méthode permettant de s'affranchir de « l'effet matrice » en passant par une étape de détachement des communautés microbiennes du sédiment avant la réalisation des tests de toxicité visant à mesurer les niveaux de tolérance. Une telle méthode offrirait également la possibilité de miniaturiser les protocoles et de les automatiser, ce qui pourrait grandement faciliter son transfert opérationnel. Nous avons travaillé sur ce point en proposant une première méthode de détachement microbienne très prometteuse. Des recherches supplémentaires sont néanmoins nécessaires pour vérifier que cette méthode est applicable à tout type de sédiment et qu'elle ne fausse pas les conclusions fournies par les résultats des approches PICT

Réponse structurelle et fonctionnelle de communautés microbiennes de sédiments de rivières à une exposition réaliste de cuivre et d'arsenic, seuls et en mélange

International audienceSediments are an essential component of aquatic ecosystems both in terms of biodiversity and of ecological functioning. They receive direct or indirect inputs from the water column or from the watershed including some toxic and persistent contaminants (e.g. trace metals and PCBs) which can accumulate over time and impact exposed organisms. Among benthic organisms, microbial communities are major players in various key ecological processes such as organic matter recycling, greenhouse gas production and biomass production contributing to benthic food webs. However, knowledge about the effects of accumulated contaminants on the structure and functions of sediment microbial communities is scarce. In this context, the main aim of this work was to evaluate the structural and functional impact of chronic exposure to environmental concentrations of copper and arsenic (alone or mixed) on river sediment microbial communities. Natural uncontaminated surface sediments collected in a French River (Ain) were exposed for 21 days to Cu and/or As at nominal individual concentrations of 40 mg/kg in the artificial channels. The response of heterotrophic microbial communities to metals was evaluated both in terms of genetic structure (using ARISA analysis) and functional potential (using exo-enzymatic, metabolic and genetic analysis). A pollution induced community tolerance (PICT) approach was also performed to assess if the exposure led to an increase in the capacity of microbial communities to tolerate metals. Our results showed rapid (within 48 hours) and marked effects of Cu alone on the exposed communities. It led to a significant inhibition of microbial functions such as respiration and denitrification as well as beta-glucosidase, leucine aminopeptidase and phosphatase activities. Chronic Cu exposure also induced an increase in community tolerance to Cu, as observed by PICT measurement using beta-glucosidase activity. In contrast, the effects of As were mostly undetectable. Under mixture exposure, the effects were similar or higher than those provoked by Cu, depending on the measured parameter. All together those findings reveal that metals accumulation in sediments can impact exposed microbial communities thus affecting their functional role in aquatic ecosystems. It confirms the need for developing studies to better understand the ecotoxicological impact of contaminants on natural sediment communitie

Effectiveness of the clean-up of a PCB contaminated river on lake Bourget ?

International audienc

Réponse structurelle et fonctionnelle de communautés microbiennes de sédiments exposées à des concentrations environnementales de Cuivre et d'Arsenic, seuls et en mélange

International audienceWhile many metals are known to accumulate in sediments, knowledge about the resulting ecotoxicological effects on sediment microbial communities is scarce. The present study aimed at evaluating the structural and functional impact of chronic exposure to environmental concentrations of copper (Cu) and arsenic (As), alone or mixed together, on river sediment microbial communities. Natural uncontaminated surface sediments collected in a French River (Ain) were spiked with As and Cu at a nominal concentration of 40 mg/kg and then were exposed for 21 days in laboratory channels with overlying waters. The response of heterotrophic microbial communities to metals was evaluated both in terms of genetic structure (using ARISA analysis) and functional potential (using exo-enzymatic, metabolic and qPCR analyses). A pollution induced community tolerance (PICT) approach was also performed to assess if the exposure led to an increase in the capacity of microbial communities to tolerate metals. Our results showed rapid and marked effects of Cu alone on the structure and the functions of the exposed communities. Chronic Cu exposure also induced an increase in community tolerance to Cu, as observed by PICT measurement using beta-glucosidase activity. In contrast, the effects of As were mostly undetectable. Under mixture exposure (Cu+As), the effects were similar or higher than those provoked by Cu alone, depending on the measured parameter. Altogether those findings reveal that metals accumulation in sediments can impact exposed microbial communities thus affecting their functional role in aquatic ecosystems

Réponse des communautés microbiennes de sédiment à une exposition réaliste au cuivre : Remaniement structurel et acquisition de tolérance

Bien que de nombreux métaux s'accumulent dans les sédiments, les connaissances sur la réponse des communautés microbiennes benthiques à cette contamination sont rares. En prenant comme modèle le cuivre (Cu), cette étude en microcosmes visait à caractériser les processus d'adaptation de ces communautés à une exposition chronique réaliste au Cu (~50 mg Cu kg-1, 21 jours). Les liens entre changements de diversité et augmentation de la tolérance en réponse à cette exposition ont été appréhendés en couplant une méthode de séquençage haut débit sur une région du gène codant l'ARNr 16S avec une approche PICT (pollution induced community tolerance). Nos résultats montrent qu'une exposition chronique au Cu impacte fortement la diversité des communautés microbiennes en termes de richesse, d'équitabilité, de structure génétique et de composition taxonomique. Cette modification de diversité s'est accompagnée d'une augmentation de la tolérance de la communauté au Cu, illustrée par l'augmentation des CE50 obtenues lors des tests de toxicité sur les activités β-glucosidase et phosphatase. Pour compléter notre approche, nous avons également prévu de caractériser les mécanismes génétiques impliqués dans la résistance au Cu par l'analyse ultérieure de l'abondance des gènes cusA et copA à l'échelle de la communauté. En résumé, les résultats de cette étude confirment que l'exposition au Cu favorise le développement des microorganismes tolérants au détriment des taxons plus sensibles. Par conséquent et en raison de la forte implication des communautés microbiennes benthiques dans les cycles biogéochimiques, ces modifications de diversité pourraient avoir des répercussions importantes sur le fonctionnement global des écosystèmes aquatiques

Natural lake sediment microbial community response to exposure to environmental PCB concentrations in microcosms

International audienc