Etude des phénomènes de biotransformation des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) par les organismes aquatiques (poissons) : relation exposition - génotoxicité

Marie Lacoste

Description

Sous la direction de Hélène Budzinski
Thèse soutenue le 12 décembre 2008: Bordeaux 1
Afin d’étudier la santé d’un écosystème marin et le potentiel toxique d’une contamination telle que celle liée à la présence d’hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), il est nécessaire, outre de connaître les niveaux de contamination du milieu, de pouvoir accéder à la fraction toxique à laquelle les organismes aquatiques ont été exposés et de connaître les effets toxiques des contaminants incriminés. L’exposition et la contamination des organismes aquatiques aux HAP ont généralement été évaluées par le dosage des HAP bioaccumulés dans les tissus. Or, cette approche est critiquable si l'on tient compte des capacités de biotransformation des organismes, notamment des vertébrés, et des propriétés toxiques des produits de transformation formés. Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse est d’étudier les phénomènes de bioccumulation et de biotransformation des HAP chez les organismes marins via l’étude des métabolites de HAP. Un effort de validation de biomarqueurs pertinents pour évaluer la génotoxicité des HAP en lien avec la contamination chimique des tissus et la production de métabolites est nécessaire. Des méthodes de dosage des métabolites de HAP dans les matrices biologiques ont tout d’abord été mises au point. Ces outils analytiques sensibles, innovants et performants ont ensuite été appliqués lors d’expositions de poissons à des HAP via différentes voies de contamination en milieu contrôlé. Ils ont permis une meilleure connaissance des phénomènes de biotransformation des HAP. Enfin, des études de terrain ont été réalisées, notamment dans le cadre de l’étude de la contamination de la Baie de Seine, montrant l’applicabilité du dosage des métabolites de HAP dans l’évaluation de l’exposition des organismes aux HAP en milieu naturel. Dans le cadre d’une approche intégrée chimie/biologie, ces travaux ont permis d’apporter une contribution dans le transfert méthodologique des biomarqueurs de génotoxicité des HAP pour des applications en surveillance de l’Atlantique Nord et notamment dans la Manche.
-Hap
-Biotransformation
-Métabolites
-Gc/ms
-Poisson
-Gcms/ ms
-Surveillance environnementale
-Uplc-ms/ms
In order to study the health of a marine ecosystem and the toxic potential of a contamination such as that related to the presence of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), it is necessary, in addition to the determination of environmental contamination levels, to have access to the fraction for aquatic organisms have been exposed to and to identify the toxic effects of the contaminants. The exposure and contamination of aquatic organisms to PAHs have generally been evaluated by the quantification of bioaccumulated PAHs in tissues. However, this approach is criticable when taking into account the biotransformation capabilities of organisms such as vertebrates and the toxic properties of biotransformation products. In this way, the aim of this study is to study PAH bioaccumulation and biotransformation phenomena through the PAH metabolites study. An effort for the validation of relevant biomarkers to evaluate the link between the genotoxicity of PAHs, PAHs body burden and PAH metabolites production, is necessary. Analytical techniques to quantify PAH metabolites in biological matrices have first been set up. Then, these sensible, innovating and powerful analytical tools have been applied to the study of fish exposures to PAHs through differents contamination sources in controlled conditions. This allowed to have a better understanding of PAH biotransformation phenomena. Finally, field studies have been led, notably to study the contamination of the Seine bay, demonstrating the applicability of the quantification of PAH metabolites to evaluate the exposure and the contamination of organisms to PAHs in natural environment. Within the framework of an integrated approach chemistry/biology, this work led to a contribution in the methodological transfer of biomarkers of PAH genotoxicity
-Biotransformation
-Métabolites
-Fish
-Environmental Monitoring
Source: http://www.theses.fr/2008BOR13929/document

Sujets

• HAP
• Biotransformation
• Métabolite
• Poisson
• FISH

Informations

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Extrait

N° d’ordre : 3929


THESE



Présentée à

L’UNIVERSITE BORDEAUX 1

ECOLE DOCTORALE DES SCIENCES CHIMIQUES



Par Marie LE DÛ-LACOSTE


POUR OBTENIR LE GRADE DE

DOCTEUR

SPECIALITE CHIMIE ANALYTIQUE DE L’ENVIRONNEMENT


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ETUDE DES PHENOMENES DE BIOTRANSFORMATION DES HYDROCARBURES
AROMATIQUES POLYCYCLIQUES (HAP) PAR LES ORGANISMES AQUATIQUES (POISSONS).
RELATION EXPOSITION – GENOTOXICITE
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Soutenue le : 12 décembre 2008



Après avis de :

meM PICHON Valérie Maître de Conférences (HDR), CNRS, Paris Rapporteur
rM BURGEOT Thierry Chercheur (HDR), IFREMER, Nantes Rapporteur


Devant la commission d’examen composée de :

rM CACHOT Jérôme Professeur, Université Bordeaux 1 Président
meM PICHON Valérie Maître de Conférences (HDR), CNRS, Paris Rapporteur
rM BURGEOT Thierry Chercheur (HDR), IFREMER, Nantes Rapporteur
rM LE BIZEC Bruno Professeur, ENVN, Nantes Invité
meM BUDZINSKI Hélène Directeur de recherche, CNRS, Bordeaux Directeur de thèse Remerciements

Ce manuscrit est le résultat de mon travail de thèse, réalisé au laboratoire de Physico-
et Toxico-Chimie (LPTC) des systèmes naturels de l’université Bordeaux I. En avant-propos,
je souhaiterais remercier les personnes ayant participé de près ou de loin à la bonne
réalisation de ces travaux de recherche.

Je voudrais tout d’abord remercier Hélène Budzinski, directrice du groupe LPTC,
d’avoir dirigé ma thèse.

Je remercie également Madame Valérie Pichon, Maître de Conférences au Laboratoire
Environnement et Chimie Analytique (LECA) de l’Ecole Supérieure de Physique et Chimie
Industrielles (ESPCI) de Paris, et Monsieur Thierry Burgeot, chercheur au Laboratoire
d’Ecotoxicologie (DEL-PC) de l’Ifremer de Nantes, de m’avoir fait l’honneur d’évaluer mon
travail en tant que rapporteurs de thèse et d’avoir apporté leurs observations avisées à ce
manuscrit.

Je souhaite également exprimer ma gratitude à Monsieur Jérôme Cachot, enseignant-
chercheur au LPTC et à Monsieur Bruno Le Bizec, Directeur du Laboratoire d’Etude des
Résidus et Contaminants dans les Aliments (LABERCA) de l’Ecole Nationale Vétérinaire de
Nantes (ENVN), pour avoir accepté de faire partie de mon jury de thèse.

Je remercie Philippe Garrigues de m’avoir accueillie au sein de son Institut des
Sciences Moléculaire (ISM) et de m’avoir ainsi permis de découvrir le travail de recherche
dans lequel j’ai pu m’épanouir.

Je voudrais d’autre part réaffirmer toute ma gratitude à Hélène Budzinski pour
m’avoir proposé de réaliser ce doctorat dans son groupe et d’avoir mis en œuvre tous les
moyens nécessaires à la réalisation de ces travaux. Elle a su me faire confiance tant sur le
plan scientifique que sur le plan personnel. Ces trois années passées au sein de son
laboratoire ont été scientifiquement très enrichissantes grâce à la diversité et à l’originalité
des outils analytiques que j’ai été amenés à utiliser, grâce à la pluridisciplinarité des
thématiques abordées et grâce à mes nombreuses participations à des congrès nationaux et
internationaux.

A travers Hélène, je souhaiterais bien sûr remercier toutes les personnes que j’ai
côtoyées au LPTC pendant ce doctorat. Je pense bien évidemment dans un premier lieu à
Karyn Le Menach, pour son aide et ses nombreux conseils, notamment en chromatographie
en phase gazeuse. Sa grande disponibilité et sa gentillesse ont vraiment facilité mon travail
au laboratoire et au cours des campagnes de terrain. Je veux également remercier Sylvie
Augagneur, Marie-Hélène Devier Patrick Pardon et Laurent Peluhet, les encadrants du
groupe, mais également à Anne Togola, Sophie Lardy, Nathalie Tapie, Alexia Crespo,
Mathieu Cazaunau, Kilian Miet, Marion-Justine Capdeville, Nathalie Bodin et tous les
étudiants côtoyés au laboratoire qui ont, dans le cadre de manipulations ou de missions de
terrain, participé à ma thèse (et à son ambiance). Je voudrais de plus ré-exprimer toute mon amitié à Thierry Burgeot ainsi qu’à Farida
Akcha et Nathalie Wessel, du DEL-PC de Nantes, qui ont collaboré de près à ma thèse
durant les campagnes en Estuaire de Seine et les expérimentations en laboratoire. Merci
également pour tous les conseils scientifiques lors de la rédaction de ces travaux de
recherche.

J’ai eu la chance de participer à plusieurs campagnes de prélèvements sur le chalutier
océanographique de l’Ifremer, le Gwen Drez, où j’ai passé de très bons moments. Je remercie
en particulier Thierry, Farida et Sabrina pour les dissections sur les pontons du Havre, les
pesées « sportives » à quai (un vrai bizutage !!!) et les tris de poissons à la remontée du
chalut. Je garderai de très bons souvenirs de ces semaines passées ensemble et,
incontestablement, une dextérité à la dissection et à la levée de filets de poissons plats.

Enfin, plus personnellement, je tenais à remercier mes proches sans qui, je ne serais
pas arrivée jusqu’ici aujourd’hui.
Tout d’abord merci à Anne pour son soutien durant les années passées ensemble au
laboratoire (et ailleurs) et pour son soutien lors des moments difficiles et heureux qui ont
jalonnés cette thèse.
Merci à ma famille pour leur soutien et leurs encouragements. Neuf ans, c’est long ;
mais c’est enfin fini.
Enfin, mon plus profond « merci » va à Thomas qui m’a accompagnée, soutenue et
supportée durant ces trois longues années « dans la joie comme dans la douleur ». Ton
soutien et ton amour sans faille ont été pour moi d’un grand réconfort.
















La persévérance est la noblesse de l'obstination.
Adrien Decourcelle
Sommaire
Sommaire

INTRODUCTION GENERALE........................................................................................................ 1
CHAPITRE I : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE........................................................................ 5
1 LES HYDROCARBURES AROMATIQUES POLYCYCLIQUES........................................................ 7
1.1 Les composés .............................................................................................................................................. 7
1.2 Les origines des HAP................................................................................................................................. 7
1.3 Caractérisation des sources de HAP........................................................................................................ 8
1.4 Comportement et devenir des HAP dans les écosystèmes aquatiques .............................................. 9
1.4.1 Propriétés physico-chimiques................................................................................................................ 9
1.4.2 Cycle biogéochimique des HAP dans l’environnement .................................................................. 11
1.4.3 Biodisponibilté des HAP chez les poissons .......................................................................................13
1.4.4 Processus de bioaccumulation des HAP chez les poissons ............................................................. 13
À partir du sédiment ..................................................................................................................... 14 ir de l’eau ou bioconcentration ......................................................................................... 14
Importance de la chaîne trophique.............................................................................................. 14
2 BIOTRANSFORMATION ET TOXICITE DE HAP DANS LE MILIEU AQUATIQUE............... 15
2.1 Les mécanismes de biotransformation des HAP chez les poissons .................................................. 15
2.1.1 La phase de fonctionnalisation ............................................................................................................ 16
2.1.2 La phase de conjugaison....................................................................................................................... 16
2.2 Toxicité des HAP...................................................................................................................................... 18
2.2.1 Mécanismes de génotoxicité et de cancérogénicité.......................