MODENDO
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Développement de modèles de toxicocinétique-toxicodynamique (TK-TD) pour la prédiction des effets des perturbateurs endocriniens |
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Recherches
Contexte et problématique
La réglementation EC 1107/2009 portant sur l'autorisation de mise sur le marché des pesticides requiert le développement de méthodes de tests de toxicité et d'analyse de données issues de ce tests permettant de caractérise et de mieux comprendre les effets des produits ayant des propriétés de perturbateur endocriniens. Ces produits se caractérisent généralement par de faibles concentrations environnementales, donc difficilement mesurables, et des effets biologiques relativement complexes (les effets observés ne dépendant pas toujours linéairement de la concentration d’exposition), donc difficiles à mettre en évidence et à interpréter. Le couplage d’approches expérimentales (en chimie et en écotoxicologie) et de modélisation mécaniste permet d’aborder ces questions.
Objectifs
Le projet MODENDO vise premièrement à développer et à mettre en oeuvre des méthodes de bioessais en laboratoire dédiées à la mesure des réponses biologiques d'un invertébré aquatique modèle (la lymnée des étangs Lymnaea stagnalis) aux composés identifiés comme perturbateurs endocriniens (PE) chez les vertébrés. Nous étudions les effets de deux familles de PE emblématiques, les alkylphenols et les organoétains, représentés par le nonylphenol et le triphénylétain respectivement. Un effort particulier est porté sur la mesure des concentrations réelles en PE dans l'eau d'exposition lors des bioessais, mais aussi dans les tissus des animaux exposés. Afin de détecter et de quantifier ces concentrations très faibles (de l'ordre du ng/L) en produit détecter, il est nécessaire de développer des méthodes d’analyses en trace innovantes. Deuxièmement, les données biologiques et chimiques ainsi acquises servent à développer et à calibrer des modèles d’effets génériques basés sur la Théorie du budget énergétique dynamique (DEB) et décrivant physiologie des animaux. En particulier, ces modèles se focalisent sur le lien entre la physiologie de la reproduction et la physiologie du développement (croissance, maturation sexuelle). Les livrables du projet (méthodes de bioessais et modèles d’effets des PE chez L. stagnalis) seront directement applicables en évaluation du risque a priori des produits chimiques.
Méthodologie
Nous avons exposé les embryons, puis les juvéniles et enfin les adultes à chacun de ces sept produits dans quatre tests de toxicité en laboratoire d’une durée de 21 à 56 jours. Nous avons mesuré la survie, la croissance, le développement sexuel, la fécondité et la qualité des œufs produits par les animaux exposés. Ces performances physiologiques étant sous contrôle hormonale, nous prévoyons que les produits chimiques testés provoquent un effet négatif sur ces dernières. En parallèle, nous avons mis au point des méthodes de dosage de la concentration interne en toxique dans les tissus et l’hémolymphe (méthode non invasive) des lymnées. Les données ainsi obtenues ont été utilisées pour tracer les courbes concentration-réponse pour chacun des sept produits étudiés. Ces données ont aussi été utilisées pour calibrer un modèle toxicocinétique-toxicodynamique basé sur la théorie DEB, et permettant de prédire les performances individuelles des animaux exposés en fonction de leur âge, de la concentration en produit et des conditions d'exposition (température, nourriture). Par ailleurs, nous utilisons ce modèle écophysiologique afin d'étudier les mécanismes d'effet toxique chez les animaux exposés.
Résultats
- Les données issues de tests de toxicité ont permis d'identifier deux facteurs confondants dans les méthodes d’exposition habituellement utilisées avec la lymnée : la quantité et le type de nourriture fournie d'une part, et la concentration en solvant utilisée pour dissoudre les toxiques dans le milieu d'exposition d'autre part. L'interaction entre toxique et nourriture peut notamment induire une augmentation des performances reproductives qui est généralement attribuée à tort au seul produit chimique. Nous avons montré que l'utilisation de modèles mécanistes basés sur la physiologie des animaux, et en particulier sur le lien entre la physiologie de la reproduction et la physiologie du développement (croissance, maturation sexuelle), permet de mettre en évidence ces situations et de prendre en compte les biais liés à l’alimentation et au solvant dans la prédiction des effets du toxique.
- Tous les composés testés exercent une toxicité systémique sur l'embryon lorsque celui-ci est directement exposé au produit. Les résultats obtenus chez les juvéniles et les adultes ont clairement montré une toxicité systémique du triphénylétain, avec des conséquences sur la survie et la fécondité des animaux, ainsi que des effets reproducteurs du tributylétain (décroissance de l’oviposition, de la fécondité et augmentation de la fréquence des descendant anormaux) qui pourraient être la conséquence d'une perturbation endocrinienne. Contrairement aux attendus, les alkylphénols et les hormones stéroïdes n’ont pas engendré d’effets sur le développement et la reproduction aux concentrations étudiées. Afin de comprendre ce résultat, nous entreprenons (dans le projet PLAYLIST) une recherche et une caractérisation de la cible de ces produits (i.e. le récepteur aux œstrogènes) chez la lymnée.
- Les données de bioessais nous ont permis de développer, de calibrer et de valider un modèle mathématique permettant de prédire la survie, la croissance, le développement sexuel tout au long du cycle de vie, et ce dans des conditions nutritives dynamiques, donc réalistes par rapport à l'écologie de la lymnée. Nous avons utilisés ce modèle pour prédire les effets du tributylétain chez la lymnée.
Personnes impliquées
BARSI Alpar, Doctorant
Téléphone : +31 6 49 86 13 84
Email : alpar.barsi@inrae.fr
COLLINET Marc, Technicien de recherche
Téléphone : +33 2 23 48 55 29
Email : marc.collinet@inrae.fr
DUCROT Virginie, Chargée de recherche
Téléphone : +33 2 23 48 56 25
Email : virginie.ducrot@inrae.frPartenaires
Financements
Ce projet est financé par le Programme Environnement-Santé-Travail de l’ANSES avec le soutien de l’ITMO cancer dans le cadre du plan cancer 2009-2013 (contrat N° EST-2011/1/153)