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THÈSE - Effets combinés de l'intertidalité et de la contamination chimique chez Mytilus edulis

la contamination chimique chez Mytilus edulis
UNIVERSITE DU HAVRE
 THÈSE Présentée pour l’obtention du grade de Docteur de l’Université du Havre Biologie des Organismes Spécialité Ecotoxicologie - Ecophysiologie.  
Effets combinés de l'intertidalité et de la contamination chimique chez Mytilus edulis : Mécanismes enzymatiques anti-oxydants et approche protéomique
 Par Julie LETENDRE
Résumé

Les organismes vivant dans la zone de balancement des marées, ou zone intertidale, sont soumis à des fluctuations régulières des paramètres abiotiques, ainsi qu’à une contamination chimique du milieu due aux activités anthropiques. Ils sont donc sujets à des stress multiples auxquels ils doivent faire face.

Le but de ce travail était d’étudier les effets interactifs de la condition écophysiologique et de la contamination chimique chez la moule bleue Mytilus edulis, espèce modèle en écotoxicologie et représentative des communautés intertidales. Ces effets ont été étudiés par une approche ciblée consistant à mesurer les niveaux de défenses enzymatiques anti-oxydantes, et une approche protéomique ouverte, au moyen d’une étude de terrain complétée par une étude expérimentale.

De l’étude de terrain, il apparaît que les niveaux d’activités anti-oxydantes sont influencés par la hauteur des moules sur l’estran, et varient au cours du cycle de marée et des saisons. L’impact de la contamination environnementale est différent selon le positionnement vertical, signifiant l’interactivité du contexte chimique et des contraintes physiologiques liées à l’intertidalité sur ces mécanismes. Les variations saisonnières sont également fonction de la condition tidale et chimique des moules.

Au niveau protéomique, cette interaction est également révélée : les différences d’empreintes protéomiques entre moules vivant à des hauteurs différentes sur l’estran sont grandement affectées par l’état de contamination du milieu. La comparaison de profils protéomiques de branchies de moules provenant du site de référence (Yport) et du site contaminé (Le Havre) pour des hauteurs différentes montre également une interférence du contexte écophysiologique dans la réponse à la contamination.

Dans l’étude expérimentale, les activités enzymatiques anti-oxydantes changent au cours d’un cycle émersion / immersion de façon tissu-spécifique. L’exposition à des contaminants organiques et la condition intertidale révèlent un effet limité sur les activités enzymatiques anti-oxydantes, possiblement à cause de problèmes de durée d’acclimatation.

En revanche, l’interaction des stress est claire au niveau protéomique, où les profils montrés en réponse à une émersion régulière est différente selon l’état de contamination de l’eau. De même, la réponse à l’exposition aux HAP est influencée par le régime tidal imposé, mais une partie du patron de spots d’intérêt est retrouvé quel que soit le contexte physiologique.

Ces réponses différentielles sous-tendent la nécessité de prendre des précautions dans l’évaluation du stress environnemental, au niveau de l’échantillonnage et de l’interprétation des résultats. Les effets interactifs révélés au niveau des défenses anti-oxydantes et protéomique sont discutés dans le contexte de la physiologie intertidale de Mytilus edulis et des mécanismes d’action des xénobiotiques.

Table des matières

INTRODUCTION 

1. Le littoral, un milieu de vie aux contraintes multiples 

1.1. Un milieu de vie fluctuant et hétérogène 
1.1.1. La zone de balancement des marées 
1.1.2. Variations des paramètres environnementaux et adaptations biologiques 
a) La privation d’oxygène 
b) L’exposition aux températures aériennes 
c) Un accès différentiel à la nourriture 
1.2. Une zone sous forte pression anthropique 
1.2.1. Origine et diversité des contaminants chimiques 
a) Une grande variété de composés  
b) Le cas de la Baie de Seine 
1.2.2. Dynamique des contaminants dans l’environnement 
a) Passage dans le compartiment aquatique  
b) Entrée, diffusion et accumulation
dans les organismes vivants  

2. Effets des contaminants sur les organismes 

2.1. Réponse de l’organisme à la présence de xénobiotiques  
2.1.1. Protéines de stress  
a) Protéines de stress (s.s.) et chaperonnes  
b) Les métallothionéines  
c) Les systèmes MXR/MDR  
2.1.2. Mécanismes de métabolisation 
a) Phase I 
b) Phase II 
2.2. Effets toxiques : le stress oxydant  
2.2.1. Formation des radicaux libres 
2.2.2. Mécanismes de défense 
2.2.3. Stress oxydant et effets biologiques  
a) Définition du stress oxydant  
b) Formation du stress oxydant 
c) Dommages oxydatifs sur les biomolécules et conséquences pathologiques  

3. Evaluation du stress environnemental 

3.1. Les biomarqueurs 
3.1.1. Biomarqueurs ciblés  
a) Les enzymes de métabolisation des xénobiotiques 
b) Les biomarqueurs de stress oxydant  
c) Influence des paramètres environnementaux sur les biomarqueurs  
3.1.2. Approches ouvertes 
a) L’approche protéomique par électrophorèse bidimensionnelle  
b) Nouvelles techniques  
c) Applications et données en écotoxicologie 

4. La moule bleue, Mytilus edulis, Linné, 1758 

4.1. Mode de vie 
4.1.1. Habitat  
a) Distribution géographique  
b) Répartition verticale  
4.1.2. Cycle de vie 
4.1.3. Alimentation 
4.2. Adaptation à la vie intertidale  
4.2.1. Plasticité métabolique 
a) Respiration aérienne  
b) Dépression métabolique 
c) Modifications des voies du métabolisme énergétique 
d) Excrétion des déchets  
4.2.2. Variations de la balance redox  Objectifs 

Chapitre 1 : MATERIEL & METHODES 

1. Matériel biologique et procédures expérimentales 

1.1. Approche en milieu naturel 
1.2. Exposition aux contaminants et à un cycle artificiel de marée 
1.3. Suivi d’un cycle de marée expérimental  

2. Mesures d’activités enzymatiques 

2.1. Préparation des échantillons 
2.2. Dosage des protéines 
2.3. Mesure de l’activité superoxyde dismutase 
2.4. Mesure de l’activité catalase  
2.5. Mesure de l’activité glutathion peroxydase 
2.6. Mesure de l’activité glutathion réductase  
2.7. Mesure de l’activité glutathion transférase  
2.8. Analyse statistique 

3. Electrophorèse bidimensionnelle  

3.1. Extraction des protéines 
3.2. Première dimension : isoélectrofocalisation 
3.3. Deuxième dimension : électrophorèse en conditions dénaturantes 
3.4. Coloration au bleu colloïdal  
3.5. Analyse d’image  
3.6. Analyse statistique  
3.7. Spectrométrie de masse  

Chapitre 2 : SUIVI DES ACTIVITES ENZYMATIQUES ANTI-OXYDANTES 

1. Comparaison d’un site de référence et d’un site contaminé 

1.1. Profils de défenses enzymatiques anti-oxydantes au cours du cycle de marée  
1.1.1. Février 2005 
1.1.2. Mai 2005 
1.1.3. Juillet 2006 
1.1.4. Novembre 2005  
1.1.5 Analyse multivariée des activités enzymatiques totales du site de référence  
1.2. Suivi saisonnier des profils de défenses enzymatiques anti-oxydantes  
1.2.1. Variations saisonnières des activités en immersion  
1.2.2. Variations saisonnières des activités en émersion  
1.2.3. Analyse multivariée des données saisonnières totales  

2. Exposition croisée au cycle de marée et à des contaminants organiques  

2.1. Suivi des activités anti-oxydantes au cours d’un cycle d’émersion/immersion 
2.1.1. Catalase 
2.1.2. Glutathion peroxydase  
2.1.3. Glutathion réductase  
2.1.4. Glutathion S-transférase  
2.1.5. Cu/Zn superoxyde dismutase 
2.2. Exposition à un mélange de contaminants  
2.3. Exposition aux HAP 
2.4. Exposition aux PCB  

3. Discussion  

3.1. Fluctuations naturelles du statut anti-oxydant enzymatique  
3.1.1. Spécificité tissulaire  
3.1.2. Variabilité spatiale au sein d’une moulière intertidale 
3.1.3. Variations liées au cycle de marée  
3.1.4. Evolution saisonnière  
3.2. Effets interactifs de la contamination environnementale et du contexte écophysiologique  
3.2.1. Réponse des biomarqueurs anti-oxydants à la contamination du milieu  
3.2.2. Impact de la contamination chimique sur la dynamique naturelle du statut anti-oxydant enzymatique  
3.3. Effet de la condition intertidale en contexte expérimental sur un cycle de marée   
3.4. Effets croisés de la condition intertidale et de l’exposition à des contaminants  

Chapitre 3 : APPROCHE PROTEOMIQUE 

1. Etude des transitions de phases du cycle de marée 

1.1. Le passage en émersion 
1.2. Le retour en eau  

2. Variabilité spatiale et impact de la contamination environnementale 

2.1. Variabilité spatiale dans un site de référence et un site contaminé  
2.2. Réponse à la contamination à des hauteurs différentes sur l’estran  

3. Effets combinés de l’exposition aux HAP et de la condition intertidale 

3.1. Réponse à l’exposition aux HAP et impact de la condition intertidale  
3.2. Réponse à la condition physiologique intertidale et influence de la contamination en HAP  

4. Discussion . 

4.1. Variations temporelles de l’empreinte protéomique au cours du cycle de marée  
4.1.1. Régulation de l’expression et de la dégradation des protéines ? 
4.1.2. Protéines de stress  
4.1.3. Anaérobiose et balance redox . 
4.2. Impact de la hauteur sur l’estran et de la contamination environnementale 
4.2.1. Variabilité spatiale des profils protéomiques dans un site de référence et un site contaminé  
4.2.2. Réponse protéomique à la contamination environnementale et influence du contexte écophysiologique  
4.3. Effets combinés de l’exposition aux HAP et de la condition intertidale  
4.3.1. Réponse protéomique à la condition intertidale en contexte sain et en contexte de contamination aux HAP  
4.3.2. Réponse protéomique à la contamination aux HAP en régime subtidal et en régime intertidal  

Chapitre 4 : DISCUSSION GENERALE  

1. Variabilité spatiale : plasticité, acclimatation, écotypie ?  2. Les populations intertidales : une sensibilité accrue au stress chimique ?  

2.1. Définition du stress  
2.2. Intertidalité et stress chimique : sortie de la zone de compensation ?  
2.3. L’addition de stress chimique altère les processus physiologiques intertidaux ?  

3. Evaluation de la contamination  

3.1. Biomarqueurs de stress oxydant 
3.2. La protéomique  
3.3. Des approches intégrées 
Conclusion et perspectives  
Bibliographie 
Annexes 

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Ditulis oleh: younes younes - vendredi 21 septembre 2012

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