Impact et transfert des phycotoxines dans les écosystèmes marins

Axe 3 ‐ Impact et transfert des phycotoxines dans les écosystèmes marins
Des équipes réparties sur le littoral français
•
•
•
•
UMR 8187 LOG – ULCO
LER MPL, Ifremer
LEMAR, UMR 6539 – IUEM/UBO
EPOC, UMR 5805 – St. Biol. Arcachon/U. Bordeaux
• ECOSYM, UMR 5119 – Univ. Montpellier • Radiolabeled ecology laboratory‐
IAEA (International Atomic Energy Agency) ‐ Environment Laboratories Monaco/ONU
Axe 3 ‐ Impact et transfert des phycotoxines dans les écosystèmes marins
Les premiers organismes concernés dans les régions tempérées sont les bivalves filtreurs (consommateurs 1aires)
Ce sont des organismes sessiles avec des réponses physiologiques face à un environnement variable et un rôle clef dans les écosystèmes marins (filtration, bio constructeurs, cycle biogéo., …).
Impact des algues toxiques sur les bivalves
Alimentation /
Respiration
Gamétogénèse
comportement
Mortalité massive
Réponses
tissulaires
Fécondité et
fertilité
Réponses
cellulaires et
subcellulaires
Développeme
nt larvaire
Gènes and
protéines
Approche de type écotoxicologique
Recrutement
Impact des algues toxiques sur les bivalves
HAB species
Excreted toxic
substances
Membrane toxic
substances
Intracellular toxic
substances
Phycotoxines, composés
ichthyotoxiques, cytotoxiques,
hémolytiques,…
« Etat de santé » du filtreur
• Dilemme entre nourriture et toxique
• Réponses espèces spécifiques et dépendantes des facteurs environnementaux
• Implication dans l’accumulation des phycotoxines
Intégrer l’impact des microalgues toxiques dans un contexte environnemental plus large
Allelopathy
Compétition
Pathogenes
Trophic
ressources
(Perkinsus spp. et Herpès virus)
Pollutants
Accumulation, métabolisme et élimination de phycotoxines
Various defense strategies
and mechanisms to avoid
Other toxic
molecules
Vegative cells
Adaptation, « resistance »
Phycotoxins
Séquestration
Métabolisme
Phycotoxins
Elimination,
Dépuration
Variabilité inter-espèce
Cysts
Dilemme entre nourriture et toxicité
Variabilité individuelle
Accumulation, métabolisme et élimination des phycotoxines
Accumulation, métabolisme et
élimination des phycotoxines
dépendent
i)
des caractéristiques du bloom
(concentration cell., toxines/cell,
analogues,…)
ii) des autres facteurs environnementaux
(polluants, pathogènes,…)
iii) des facteurs intrinsèques
(comportement, nutrition, état
physiologique, sensibilité aux
phycotoxines, métabolisme,…)
A prendre en compte dans les efforts de modélisation numérique de ces
processus et des risques associés
Transferts trophiques dans les écosystèmes marins
D’après Lassus et al, 2014
Pelagos
Marine mammals, birds
Herrings, Sandeels, other fishes
Carnivorous
zooplankton
Fish larvae
Pteropods, Tintinnids, Copepods, Cladocerans, etc.
Phycotoxin producers (microalgae)
Mussels, oysters, scallops, etc.
Demersal fishes
Carnivorous gasteropods, Whelks, etc
Benthos
Axe 3 ‐ Impact et transfert des phycotoxines dans les écosystèmes marins
Phycotoxin
chemistry
HAB ecology
Grazing
Metabolisation
Stress
Physiology
&
Accumulation
Ind. variability
Product quality
Socio-economical
issues
Risk analysis
& assessment
Axe 3 ‐ Impact et transfert des phycotoxines dans les écosystèmes marins
Des équipes réparties sur le littoral français
• UMR 8187 LOG ‐ ULCO
• LEMAR, UMR 6539 – IUEM/UBO
• EPOC, UMR 5805 – St. Biol. Arcachon/U. Bordeaux
• ECOSYM, UMR 5119 – Univ. Montpellier • Radiolabeled ecology laboratory‐
IAEA (International Atomic Energy Agency) ‐ Environment Laboratories Monaco/ONU
UMR 8187 LOG ‐ ULCO
Model species Effects of phytoplankton blooms on farmed fish
− Hydrobiological survey in a fish farm and domoic acid detection
Pseudo‐nitzschia spp. − Pseudo‐nitzschia sp. and Phaeocystis globosa effects on juvenile sea bass health and growth: Exposure experiment
− Phytoplankton bloom harmful effect limitation on farmed sea bass: mesocosm experiment
Mytilus edulis
Involved scientists Pr. Rachid Amara
Dr. Dorothée Vincent
Dr. Lucie Courcot
Alice Delegrange (PhD Student)
Dicentrarchus labrax
UMR 8187 LOG ‐ ULCO
Mesocosm experiment (phytoplankton spring bloom and wane in 2013)
Mussels used as biofilters to dampen phytoplankton bloom impact on juvenile sea bass
Chlorophyll a and phaeopigments
Juvenile sea bass growth and condition improvement
12
Concentration (µg L-1)
10
8
6
4
2
0
T0
T3
T7
T10
T14
T17
T21
T24
T28
T31
T35
16/4
19/4
23/4
26/4
30/4
3/5
7/5
10/5
14/5
17/5
21/5
Chlorophyll a (solid lines) and phaeopigment (dashed lines) concentrations (µg L‐1) Sea bass Fulton condition index (A), integrated
weight based growth rate (B) and RNA/DNA
ratio (C) after 35 days experiment in control
(blue) and in test tanks (red). **: highly
significant difference (p < 0.01). *: significant
difference (p < 0.05).
2013
Equipe Interaction bivalves – algues toxiques
UMR LEMAR – IUEM‐UBO
Model species ‐ Research activities : Impact of harmful algae on bivalve physiology
Genetic and physiological determinisms of toxin accumulation
Research activity per scientist (since 2002) H. Hégaret : Physiology, Bio. Cell & HAB
P. Soudant : Physiology & Bioch.
C. Lambert : Flow Cytometry N. Le Goïc: Bio. Cell. & Histo. C. Fabioux: Physio. Mol. & Genetic
A. Huvet : Physio. Mol. & Transcriptomic
M. Lassudrie: Physiology & Pathology
F. Boullot: Genetic & Bio. Mol.
A. Bidault: Bio. Mol. Alexandrium spp. Pseudo‐nitzschia spp. KareFnia spp. Des implications en terme d’accumulation
Model species •Thèse Malwenn Lassudrie Effets couplés des dinoflagellés toxiques et des pathogènes sur la physiologie des bivalves •Thèse Anne Rolton
Alexandrium spp. Impacts of Karenia brevis, on bivalve reproduction and early life history
•Thèse Floriane Boullot Evaluation of polymorphism at Pseudo‐nitzschia spp. voltage‐gated sodium channel locus and its relationship with PST accumulation in oysters
Karenia spp. •Projet financé en cours : ANR ACCUTOX (2013‐2017)
De la caractérisation des déterminants de l’accumulation des toxines paralysantes (PST) chez l’huître (C. gigas) au risque sanitaire dans son contexte sociétal
A. catenella = Toxic algae
H. triquetra = Control algae
c
1800
1600
1400
1200
-1
Accumulation toxines PST
(A. minutum vs A. minutum+Cd)
120
100
80
60
40
20
0
control metal exposed
1000
800
Diploïdes vs Triploïdes
b
600
300
400
200
< Seuil
détection
a
a
0
0,5
1
Naives
1,5
2
2,5
Naives in contact
with
Field-exposed
concentration µg STX Eq. 100 -1
µg eq. STX / 100g digestive gland wet weight
PSTs accumulation in digestive
gland after 9 days
PST content (µg STX Eq. 100g )
Des implications en terme d’accumulation
Juin 2008
250
200
150
100
50
0
Diploïdes
Triploïdes
LER MPL : contamination des coquilles Saint‐Jacques par l’ASP
en baie de Quiberon
Expérimentation en 2013 d’un suivi de la contamination ASP
sur jeunes coquilles contrôlées (cages immergées) :
Toxicité ASP + analyses histologiques
AD CSJ adultes
50
T0
T1
T2
T3
T4
T5
AD naissain CSJ
45
40
PSNZ (nb cell/L)
35
30
25
seuil sécurité sanitaire
20
15
10
5
0
26/5
15/6
5/7
25/7
14/8
3/9
23/9
13/10
2/11
22/11
12/12
date
 Bonne survie (mais croissance faible)
 Diminution du biais lié à la variabilité de l’échantillonnage pour le suivi de la contamination
Analyses histologiques en cours
Equipe Ecotoxicologie Aquatique
UMR EPOC – Station Marine d’Arcachon
Model species ‐ Research activity : Impact of harmful algae on the behavior of bivalves.
Impact of harmful algae on the disruption of rhythmic activities of bivalves.
Alexandrium spp. Pseudo‐nitzschia spp. Research activity per scientist Damien Tran: Chronobiology, ecophysiology and ecoctoxicology of bivalves
Jean‐Charles Massabuau : Ecophysiology of aquatic systems
Laura Payton : PhD student, chronobiology and ecotoxicology
Equipe Ecotoxicologie Aquatique
UMR EPOC – Station Marine d’Arcachon
Projet financé en cours : ANR ACCUTOX (2013‐2017)
(De la caractérisation des déterminants de l’accumulation des toxines paralysantes (PST) chez l’huitre (C. gigas) au risque sanitaire dans son contexte sociétal)
Impact de A. minutum sur la chronobiologie et le comportement de C. gigas
D
B
C
Cry relative expression
A
2e-4
*
1e-4
A. m
H. t
0
12
0
12
Time, h
CgCry: gène de l’horloge circadienne de C. gigas A. minutum agit sur le comportement de l’huître en
diminuant son amplitude d’ouverture (A), en augmentant
sa durée d’ouverture (B) et sa fréquence des micro‐
fermetures (C),
A. minutum perturbe le rythme
circadien et circatidal de l’huitre aussi
bien au niveau comportemental que
moleculaire (D).
Tran et al 2010, Haberkorn et al 2011, Mat et al 2012
Réponses Immunitaires des Macroorganismes et Environnement, UMR ECOSYM, Montpellier Model species 1‐ Etude des interactions phycotoxines/huîtres
2‐ Etude des Impacts des phycotoxines sur les interactions huîtres/pathogènes
3‐Etudes multi‐échelles intégrées de la dynamique des systèmes huîtres‐
Pathogènes‐phycotoxines:
Activité de recherche des scientifiques
Rolland Jean‐Luc, Destoumieux Delphine:
immunologie, biologie moléculaire, caractérisation des peptides/protéines et de leurs propriétés biologiques.
Alexandrium catenella/ tamarense
Vibrio splendidus et aesturianus
Crassostrea gigas
Réponses Immunitaires des Macroorganismes et Environnement, UMR ECOSYM, Montpellier GigaTox (2011‐2013) Identification chez Crassostrea gigas, de
gènes marqueurs de contamination par les toxines produites par
le dinoflagellé Alexandrium catenella.
ApoTox (2012‐2014) Etude des effets apoptotiques induits par
les neurotoxines du dinoflagellé Alexandrium catenella chez
l’huître Crassostrea gigas : conséquences sur la susceptibilité
des huîtres aux pathogènes.
Intervibrio (2014‐2016) Rôle du plancton dans la transmission
des vibrios pathogènes d’huître
Decifer (2014‐2017, déposé) Deciphering multifactorial diseases:
insight into oyster mortalities
Résultats marquants
10
Expression relative
8
A. tamarense
A. catenella
21 h de balnéation
[STX] < seuil sanitaire
6
4
2
0
Induction de l’apoptose des cellules immunitaires de l’huître
Apoptose Détoxification Mise en évidence d’une signature d’expression (15 gènes)
caractéristique de l’exposition de C. gigas à A. catenella
Radioecology Laboratory
IAEA‐Environment Laboratories
Model species Nuclear Techniques for the Sustainable Development of Land, Costal and Marine Ecosystems
Radioecological and related techniques for the management of marine resources and seafood safety
•
Research and development
‐
‐
‐
•
Method development: detection (RBA); production of labeled toxin (incorporation of radiolabeled precursor)
Research on the fate (ADME), and toxic effect of algal toxins in marine organisms
Research to assess the impact of environmental and climate change on marine species vulnerability to HAB toxins Capacity building
‐ sampling and identification of toxic microalgae; receptor biding assay; HAB occurrence and historical reconstruction via sediment dating and cyst analysis; Ocean acidification
Benthic species Pseudo‐nitzschia spp. Ichthyotoxic species (Karenia spp) IAEA‐ Radioecology Laboratory
Technical Cooperation Projects
National project: •Oman: Establishing a Reference Laboratory for Harmful Algal Blooms
Regional projects
•AFRIQUE: Using Nuclear Analytical Techniques to Support Harmful Algal Bloom Management in the Context of Climate and Environmental Change
•LATIN‐AMERICA: Establishing the Caribbean Observing Network for Ocean Acidification and its Impact on Harmful Algal Blooms, using Nuclear and Isotopic Techniques •ASIA‐PACIFIQUE: Supporting the Use of Receptor Binding Assay (RBA) to Reduce the Adverse Impacts of Harmful Algal Toxins on Seafood Safety
Coordinated research project
Toxicological and Ecotoxicological Assessment of Benthic Algae and their Toxins to Achieve Sustainable Management of Marine Ecosystem Services (2014‐2017)
IAEA‐ Radioecology Laboratory
Le seul laboratoire des sciences marines du système des Nations Unies Techniques isotopiques pour un développement durable de l’environnement marin
Axe 3 ‐ Impact et transfert des phycotoxines dans les écosystèmes marins
* Une faible représentation des études sur la moule en France (hors surveillance)
Et pourtant :
•700 000 t produits en Europe
•L’espèce qui généralement accumule le plus de phycotoxines (PST, DST)
•Le plus grand nombre de jours de fermeture
•Forte prédation dans les populations sauvages (transfert trophique potentiel)
•…
* Cf Axe 2 pour Dinophysis