Axe 5 : Identification de biomarqueurs & bioindicateurs pour le diagnostic écologique précoce

 

Les écosystèmes continentaux en milieu méditerranéen sont complexes et les interactions entre les différents compartiments abiotiques et biotiques sont nombreuses avec notamment des phases de sécheresse estivale et de forte pluviométrie en automne et au printemps (Schill et al., 2006). L'introduction d'un polluant dans ces systèmes, du fait de la grande diversité des voies d'exposition (air, eau, sédiment, sol, chaînes trophiques) et des différentes interfaces, pose des problèmes de surveillance (détection, identification, quantification) et d'observation des effets à l'échelle des organismes, des populations et des communautés. Cette complexité est accrue par (1) la présence de mélanges de polluants à des concentrations ne dépassant pas forcément les seuils désignés comme critiques (cas le plus fréquent) ; (2) la métabolisation des polluants dans le compartiment biotique qui est le plus souvent ignorée et donc une méconnaissance du devenir des métabolites qui sont souvent plus toxiques que le produit d'origine.

 

Compte tenu de l'irrégularité spatiale et temporelle des rejets des polluants dans les écosystèmes, les études d'analyses physico-chimiques et de toxicologie in vitro ont très vite montré leurs limites. Aussi, l'approche biocénotique, qu'elle soit au niveau cellulaire ou populationnelle a montré que des réponses écophysiologiques précoces s'avéraient plus pertinentes et plus fiables (Kovacs 1992; Agence de l'eau 1993; Ernst & Peterson 1994; Lewis et al. 1999; Triebskorn et al. 2002; Hyne & Maher 2003; Vasseur & Cossu-Leguille 2003; Galloway et al. 2004)

 

L'originalité de la thématique proposée est d'évaluer globalement la qualité d'un écosystème continental en région méditerranéenne (stabilité ou vulnérabilité) en étudiant, in situ, les niveaux d'activités de biomarqueurs (protéines de stress: Hsp70, métallothionéines, système MXR ; composition minérale ; neurotransmetteurs: sérotonine, GABA ; terpènes et acides gras ; protéines impliquées dans les mécanismes de détoxication ; génotoxicité: test des comètes, tests d'Ames, tests de numération des micronoyaux…). Cette approche s'appuie sur des invertébrés aquatiques (plathelminthes, crustacés, larves d'insectes…) et des plantes (Characées, Astéracées, plantes polluotolérantes et riveraines des cours d'eau…). Cette démarche devrait permettre d'évaluer la vulnérabilité du milieu en proposant de nouveaux indices biologiques adaptés aux conditions particulières de la région méditerranéenne.

 

A ce jour, les études de biomarqueurs restent souvent confinées à des travaux en laboratoire et sont difficilement transposables en l'état à la réalité du terrain (Murphy et al. 2000; Ferrat et al. 2003). Notre projet est de mettre en relation les réponses méta-écologiques avec les réponses précoces exprimées par une approche "multimarqueurs". Ces recherches multidisciplinaires, permettent de travailler in situ et de rapprocher les biomarqueurs des bioindicateurs afin d'aboutir à des diagnostics environnementaux complémentaires, intégrant les réponses à court terme (biomarqueurs) et les réponses à plus long terme (bioindicateurs). Le projet est d'autant plus novateur que les études de biomarqueurs en milieu continental ne sont actuellement pas développées en région méditerranéenne. De plus, nous envisageons de mettre en relation les réponses biologiques avec les réponses abiotiques, en incluant les variations saisonnières et la présence dans le milieu (eau, sédiment, sol) de molécules potentiellement toxiques.

 

Les biomarqueurs sont étudiés au niveau de l'organisme à l'échelle cellulaire ou subcellulaire. Les réponses sont ponctuelles, plus ou moins spécifiques de toxiques particuliers, et peuvent permettre le diagnostic d'un type de contaminant. Très sensibles, ces effets biologiques ont une faible signification écologique. Il s'agit de systèmes d'alarmes précoces d'une contamination dont les effets sont réversibles. Confirmés à un niveau supérieur (anomalies chromosomiques…), ces effets peuvent avoir un impact populationnel. La plupart de ces études ne sont actuellement réalisées qu'en laboratoire.

 

Si les informations obtenues sont précieuses, les principaux reproches que l'on peut formuler à l'encontre de l'utilisation des études biomarqueurs actuelles sont:

-          les espèces standardisées ne reflètent pas les différences interspécifiques et, par là même, la grande diversité que l'on rencontre dans le milieu naturel;

-          les doses ou concentrations utilisées pour tester les molécules toxiques sont toujours beaucoup plus élevées que celles que l'on peut trouver in situ et reflètent rarement la réalité d'une contamination;

-          les effets de pollutions mixtes, dans des conditions environnementales, ne sont souvent pas pris en compte.

 

Les indicateurs écologiques (bioindicateurs) utilisant des indices empiriques (abondance) ou théorique (diversité) renseignent, eux, sur la structure des populations et des communautés sans indication quant à la cause (faible sensibilité) mais avec une signification écologique à long terme forte. Les effets observés sont difficilement réversibles.

 

L'originalité de la démarche expérimentale proposée est sa pluridisciplinarité aussi bien dans l'établissement des protocoles que dans le recueil des données et l'extrapolation des résultats et sa complémentarité en associant les compétences des membres de l'équipe pour étudier un même milieu. L'aspect in situ de la démarche expérimentale est primordial pour appréhender la qualité des écosystèmes méditerranéens.