Evaluation de la perturbation du système nerveux par les résidus médicamenteux chez un invertébré marin

La présence de polluants dans les écosystèmes aquatiques est une préoccupation grandissante du fait des effets néfastes qu’ils peuvent avoir sur la faune sauvage. Il est ainsi fondamental d’évaluer les risques environnementaux qui y sont associés. Parmi ces polluants, les résidus de médicaments à usage humain et vétérinaire attirent de plus en plus l’attention du fait de leur fréquente détection dans l’environnement, sans qu’il n’y ait de normes réglementant les concentrations maximales acceptables n’engendrant pas d’impact négatif sur les organismes, principalement dû au manque de connaissance de leurs effets potentiels. Un effort de recherche est donc requis pour évaluer correctement les dangers environnementaux liés à leur présence dans les milieux naturels, ceux-ci s’ajoutant à la pression qu’exercent déjà les changements climatiques sur les organismes. Ces substances peuvent de plus engendrer des effets sublétaux, en dessous des seuils de toxicité classiques, incluant par exemple une perturbation du système nerveux, pouvant entrainer une modification de comportements essentiels à la survie et nécessitant le développement de tests innovants pour les détecter. Ainsi, au moyen d’approches complémentaires in vitro, ex vivo et in vivo, des effets des 10 résidus médicamenteux les plus fréquemment quantifiés dans les eaux de surface seront recherchés chez la seiche, espèce modèle d’intérêt économique et scientifique. Ce projet vise également à répondre au besoin de pertinence écologique en prenant en compte l’évaluation nécessaire des effets des polluants en mélange et associés au changement climatique. Il s’agit plus précisément (1) de déterminer in vitro et ex vivo des critères de neurotoxicité et de neuroperturbation, permettant de tester les 10 substances et offrant une base pour permettre la sélection des 2 substances les plus préoccupantes, de (2) tester ces 2 substances in vivo pour évaluation de leurs effets sur les comportements essentiels à la survie (locomotion, camouflage, réponses au stress), de (3) fournir des données de bioaccumulation dans les tissus biologiques et (4) d’évaluer la neurotoxicité (in vitro) et la neuroperturbation (ex vivo et in vivo) dans un contexte de contamination environnemental et de changement climatique.

Les substances pharmaceutiques sont de plus en plus souvent détectées dans les eaux côtières, dernier réceptacle de la pollution chimique continentale, mais l’évaluation de leur impact reste rare et se concentre sur des espèces d’eau douce. Les polluants sont de plus fréquemment testés individuellement alors qu’ils sont retrouvés ensemble dans l’environnement, et leur présence est concomitante avec les changements climatiques non pris en compte dans les tests réglementaires (augmentation de la température et acidification de l’eau), s’éloignant ainsi de la réalité écologique. L’apport de données écotoxicologiques sur les résidus médicamenteux effectivement présents dans les eaux de surface, obtenues dans ce projet sur une espèce marine, et prenant en compte l’effet du changement climatique et l’effet cocktail (mélange), permettra ainsi une évaluation pertinente des dangers environnementaux et sanitaires associés. Ce projet permettra également la valorisation des données de quantification obtenues dans le cadre du suivi des eaux de surface, apportant une image de la contamination par les médicaments, mais ne permettant pas leur intégration dans l’évaluation de la qualité des eaux par manque de connaissance de leurs effets. La mise à disposition des biotests développés dans ce projet permettra d’évaluer le potentiel neurotoxique de substances d’intérêt émergent pour lesquelles il n’existe donc pas encore de Normes de Qualité Environnementales réglementaires (NQE), pouvant ainsi aider à leur préconisation dans l’évaluation du bon état chimique des masses d’eau de surface de la Directive Cadre sur l’Eau (DCE). De plus, à ce jour, le biotest le plus largement appliqué en environnement aquatique est un test de toxicité aigüe mené sur 42 à 60 poissons exposés à la substance d’essai avec la mort comme critère d’effet toxicologique (ligne directrice 203 de l’OCDE). Ce projet priorise quant à lui la recherche de critères toxicologiques sublétaux chez un invertébré marin et le développement d’approches ex vivo/in vitro, une stratégie conforme au principe des 3R (Remplacement, Réduction, Raffinement). Les bénéfices attendus de ce projet sont donc la mise à disposition de tests écotoxicologiques sublétaux innovants, s’inscrivant dans la stratégie des 3R, permettant l’évaluation de l’impact écotoxicologique de résidus médicamenteux fréquemment retrouvés dans les masses d’eau locales, pouvant mener à une réévaluation de leur bon état chimique.

Les interventions de ce projet sont des expositions à des résidus de médicaments et leurs conséquences. Ces expositions se feront d’une part durant le dernier tiers du développement embryonnaire des seiches (1 exposition chronique de 3 semaines) qui seront soumises à divers tests non invasifs pendant le développement et à son terme, puis des prélèvements post-mortem seront réalisés. D’autres animaux seront exposés de manière chronique dès la naissance pendant le premier mois de vie de l’animal, au cours duquel des tests comportementaux non-invasifs seront appliqués 3 fois maximum. Ces tests consistent en la mesure des déplacments de l’animal dans une arène libre (1 test de 15 min), en la mesure de l’efficacité du camouflage par changement de couleurs sur 3 types de fonds différents (15 min par fond) et en la mesure des réponses comportementales et physiologiques face à un stimulus artificiel mimant un prédateur (30 min).

Les expositions chroniques aux résidus médicamenteux sont susceptibles d’entraîner des altérations légères à modérées des capacités de locomotion (stabilité de l’animal dans la colonne d’eau), du camouflage, du comportement prédateur et de la réponse aux stimuli sensoriels. En cas d’exposition aiguë, les effets attendus sont des altérations modérées à sévères du métabolisme. Aucune nuisance n’est attendue dans le cadre des manipulations et des tests comportementaux.

Tous les animaux impliqués dans les procédures seront mis à mort à la fin des tests, sans délai. Cela permettra de prélever leurs organes (notamment le cerveau) afin de quantifier le taux de contamination des animaux par les différents polluants ou d’analyser l’impact sur le développement du système nerveux et son fonctionnement.

Les mollusques sont reconnus comme des espèces modèles de choix en écotoxicologie car ils sont particulièrement sensibles aux polluants organiques. Dans le cadre de la recherche de critères d’effets toxicologiques sublétaux, les céphalopodes offrent l’avantage de manifester des signes facilement analysables de leur état physiologique et de leurs chances de survie à long terme tels que leurs comportements de survie (locomotion, prédation, efficacité de leur camouflage). La seiche est une espèce modèle bien étudiée d’un point de vue neuroéthologique et physiologique. Nous disposons par conséquent d’une large gamme d’outils analytiques de son comportement et de son camouflage. Pour couvrir les étapes clés du développement cérébral, comportemental et cognitif de la seiche, se déroulant près des côtes et correspondants de plus aux stades de vie les plus exposés à la pollution chimique et aux changements climatiques dans la nature, les animaux seront utilisés durant les 24 premières heures post-éclosion ou pendant le premier mois post-éclosion.