Biomarqueurs en écotoxicologie aquatique
Jean-Claude Amiard
Claude Amiard-Triquet
Lavoisier
Tec et Doc
Liste des auteursIII
Abréviations et siglesV
Chapitre 1
Les biomarqueurs : trois décennies de recherche et développement
Jean-Claude Amiard, Claude Amiard-Triquet1
1. Grandes catégories de biomarqueurs2
1.1. Biomarqueurs proposés pour les principales classes de contaminants classiques de l'environnement2
1.2. Biomarqueurs de défense versus biomarqueurs de dommage4
1.3. Signification écotoxicologique des réponses à différents niveaux d'organisation biologique6
2. Perturbations de la reproduction7
2.1. Perturbations endocriniennes8
2.2. Perturbations du comportement9
2.3. Allocation de l'énergie9
2.4. Réponses génétiques10
3. Opérationnalité des biomarqueurs12
3.1. Spécificité des biomarqueurs12
3.2. Facteurs de confusion13
3.3. Signification écologique des biomarqueurs15
3.4. Valeur ajoutée de la modélisation des populations dans l'évaluation du risque écologique16
4. Surveillance environnementale intégrée16
4.1. Quelles espèces comme supports pour la détermination des biomarqueurs et pourquoi ?17
4.2. Complémentarité des biomarqueurs classiques et écologiques17
4.3. Un pas de plus vers l'intégration18
Chapitre 2
Biomarqueurs de défense
Claude Amiard-Triquet, Christophe Minier23
1. Mécanismes de défense à l'égard des métaux23
2. Biotransformation des contaminants organiques27
2.1. Phase I de la biotransformation28
2.2. Phase II de la biotransformation29
3. Export des contaminants30
3.1. Phase III suivant la biotransformation/phase 031
3.2. Les systèmes de transport en tant que biomarqueurs32
4. Défenses antioxydantes33
5. Protéines de stress37
6. Conclusion38
Chapitre 3
Biomarqueurs de dommage
Jean-Claude Amiard, Claude Amiard-Triquet, Laure Giambérini46
1. Immunotoxicité46
1.1. Système immunitaire46
1.2. Immunotoxicité48
1.3. Opérationnalité54
1.4. Marqueurs immunotoxiques comme biomarqueurs écologiques55
2. Stress oxydant et peroxydations lipidiques55
3. Cholinestérases57
3.1. Variations de l'activité de l'AChE induites par des expositions au laboratoire ou in situ57
3.2. Diverses isoformes des cholinestérases58
3.3. Variabilité interspécifique des cholinestérases59
3.4. Facteurs de confusion60
3.5. Liens entre les dérèglements du comportement et les dysfonctionnements neurologiques61
3.6. Inhibition de l'activité de l'AChE et les effets populationnels62
4. Perturbations du rétinol63
4.1. Rôle de rétinol63
4.2. Utilisation du rétinol comme biomarqueur64
5. Stabilité de la membrane lysosomale65
5.1. Rôle des lysosomes65
5.2. Utilisation des réponses lysosomales comme biomarqueurs65
5.3. Réponses lysosomales à différents contaminants et scénarios d'exposition67
5.4. Facteurs de confusion69
6. Biomarqueurs histologiques69
6.1. Réponses aux accidents pétroliers et aux pollutions par les HAP71
6.2. Réponses aux contaminations métalliques72
6.3. Réponses aux nanoparticules74
6.4. Réponses aux mélanges de contaminations74
6.5. Avantages et inconvénients des biomarqueurs histologiques77
7. Conclusion78
Chapitre 4
Marqueurs de génotoxicité et effets in situ, individuels et populationnels
Paule Vasseur, Franck Atienzar, François Rodius, Carole Cossu-Leguille, Sébastien Lemière93
1. Biomarqueurs d'exposition in situ à des polluants génotoxiques94
1.1. Adduits à l'ADN94
1.2. Études cytogénétiques et micronoyaux99
1.3. Test Comet103
1.4. Mutations108
1.5. Techniques de biologie moléculaire d'analyse du génome109
1.6. Techniques d'analyse du transcriptome111
2. Effets de génotoxicité, effets physiologiques et populationnels113
2.1. Accident de l'Exxon Valdez114
2.2. Génotoxicité, génétique des populations et contaminations environnementales116
3. Seuils d'exposition aux HAP acceptables pour la faune piscicole119
4. Conclusion121
Chapitre 5
La protéomique dans l'évaluation de l'état écologique des milieux aquatiques
Thomas Knigge, Tiphaine Monsinjon132
1. Découverte de biomarqueurs134
1.1. Conception de l'étude, échantillonnage, composition de l'échantillon et analyse : de multiples sources de biais pouvant conduire à de fausses découvertes135
1.2. Analyse de données et validation139
2. Réponse aux chocs thermiques et défense antioxydante : étude de cas de protéomique fonctionnelle appliquée à la recherche en écotoxicologie145
3. Mécanismes de toxicité151
4. Conclusion154
Chapitre 6
Perturbations des fonctions endocrines : causes et conséquences
Jean-Claude Amiard, Mickaël Couderc, Benoît Xuereb163
1. Système endocrinien161
1.1. Système endocrinien et ses rôles163
1.2. Les divers systèmes endocriniens dans le monde animal164
2. Perturbations endocrines, un défi pour l'écotoxicologie164
2.1. Définitions d'une perturbation endocrine164
2.2. Des modes d'action variés165
2.3. Beaucoup de perturbateurs endocriniens potentiels166
2.4. Distribution et comportement des perturbateurs dans les milieux aquatiques167
2.5. Présence des perturbateurs endocriniens dans le biote167
2.6. Des dommages à faibles doses et des voies d'exposition variées168
2.7. Des relations dose-réponse non linéaires168
2.8. Interactions des perturbateurs endocriniens dans les mélanges169
2.9. Quelques cas évidents de perturbations endocrines170
3. Biomarqueurs pour évaluer les perturbations endocrines174
3.1. Biomarqueurs des altérations de la fonction de la reproduction174
3.2. Les biomarqueurs des altérations des fonctions thyroïdiennes179
3.3. Les biomarqueurs des altérations des fonctions de la mue chez les crustacés182
3.4. Les biomarqueurs des altérations des fonctions du système nerveux185
3.5. Les outils intégrés pour quantifier les perturbations endocrines186
4. Les altérations endocrines représentent-elles un risque pour les populations et les communautés ?186
5. Conclusion189
Chapitre 7
Écotoxicologie du comportement
Claude Amiard-Triquet205
1. Mécanismes physiologiques responsables de l'altération du comportement206
1.1. Perturbations sensorielles206
1.2. Mécanismes neuraux et hormonaux du comportement208
1.3. Perturbations du métabolisme énergétique211
2. Effets comportementaux des polluants aquatiques212
3. Pertinence écologique des biomarqueurs comportementaux218
3.1. Réalisme environnemental des perturbations du comportement219
3.2. De l'individu à la communauté : effets en cascade des perturbations comportementales220
4. Conclusion225
Chapitre 8
Origine des perturbations du métabolisme énergétique
Odile Dedourge-Geffard, Alain Geffard, Frédéric Palais et Claude Amiard-Triquet240
1. Disponibilité et qualité de la nourriture en milieu pollué241
2. Réponse des activités enzymatiques digestives à un stress chimique244
3. Réponses des activités enzymatiques digestives à des facteurs autres que contaminants252
3.1. Modulation selon qualité / quantité de la ressource alimentaire252
3.2. Modulation selon l'ontogénèse, le stade du cycle de vie ou le sexe des organismes255
3.3. Modulation selon les propriétés physico-chimiques de l'eau : lumière, salinité, température257
4. Intérêt des activités enzymatiques digestives en écotoxicologie et en biosurveillance258
5. Conclusion261
Chapitre 9
Conséquences des perturbations du métabolisme énergétique
Catherine Mouneyrac, Alexandre Péry270
1. Biomarqueurs en relation avec le métabolisme énergétique et la bioénergétique270
1.1. Charge énergétique en adénylates271
1.2. Réserves énergétiques272
1.3. Allocation énergétique cellulaire278
1.4. Allocation énergétique à la croissance et à la reproduction279
1.5. Indices de condition281
2. Les biomarqueurs bioénergétiques : des prédicteurs pour un changement d'échelle ?284
3. Modélisation des effets fondée sur l'atteinte de l'énergie288
4. Recommandations, conclusions et perspectives290
Chapitre 10
Espèces sentinelles
Brigitte Berthet297
1. Concept d'espèce sentinelle298
1.1. Évolution des espèces utilisées299
1.2. Espèces sentinelles couramment utilisées300
2. Contraintes et limites liées à l'utilisation des espèces sentinelles308
2.1. Complexes d'espèces, écotypes et morphotypes308
2.2. Variabilité intraspécifique, tolérance et micro-évolution309
2.3. Variabilités interspécifiques et extrapolation entre taxons311
2.4. Approche conceptuelle des écosystèmes313
3. Conclusion315
Chapitre 11
Opérationnalité des biomarqueurs
Claude Amiard-Triquet, Brigitte Berthet323
1. Approches multibiomarqueurs324
1.1. Indices intégratifs324
1.2. Système expert326
1.3. Méthodes de statistiques multidimentionnelles327
2. Facteurs de confusion328
2.1. Température, salinité, taille/poids/âge328
2.2. Variabilité saisonnière330
2.3. Autres facteurs de confusion331
2.4. Stratégies de manipulation332
3. Surveillance active et passive333
4. Acceptabilité réglementaire des biomarqueurs335
4.1. Biomarqueurs actuellement utilisés en biosurveillance335
4.2. Comment composer avec les facteurs de confusion337
4.3. Standardisation et contrôle de qualité338
5. Conclusion339
Chapitre 12
Incorporation des biomarqueurs dans l'évaluation du risque écologique
Claude Amiard-Triquet350
1. Effets en cascade351
1.1. Biomarqueurs écologiques352
1.2. De la cascade au réseau355
2. Construction et mise en oeuvre du concept de l'AOP (adverse outcome pathway)357
2.1. Le concept de l'AOP et ses déclinaisons357
2.2. Exemples d'application de l'AOP360
2.3. Intégration de l'AOP dans les perspectives des recherches écotoxicologiques362
3. Conclusion365
Chapitre 13
Utilisation de modèles intégrateurs des effets biologiques en écotoxicologie aquatique
Gaël Dur, Sami Souissi372
1. Nécessité d'intégration des réponses à différentes échelles373
1.1. Informations disponibles à différentes échelles373
1.2. Difficulté d'extrapolation des mesures apicales classiques375
2. Approche AOP376
3. Approche IBM379
3.1. Généralités et avantages379
3.2. Application en écotoxicologie380
3.3. Combinaison IBM-DEB382
3.4. Application dans un contexte adaptatif/évolutif383
4. Conclusion et perspectives384
Chapitre 14
Conclusion : de la recherche à l'acceptabilité opérationnelle
Jean-Claude Amiard, Claude Amiard-Triquet390
1. Une décennie de recherche et développement390
1.1. Biomarqueurs classiques391
1.2. Lever le verrou des facteurs de confusion392
1.3. Biomarqueurs à vocation écologique393
2. Les biomarqueurs pour répondre aux défis de l'écotoxicologie au XXIe siècle394
2.1. Révolution des « omiques »395
2.2. Potentiel des données de masse (big data)398
3. Approche intégrée chimie-écotoxicologie-écologie399
3.1. Amélioration de l'évaluation du risque environnemental à l'aide de biomarqueurs401
3.2. Intégration des biomarqueurs dans les programmes de biosurveillance402
Index411