Les perturbations physiologiques et comportementales induites sur Danio rerio par une exposition à des microparticules de polystyrène

Details

Supervisors

KESTEMONT, Patrick ; CORNET, Valérie

Faculty

Faculté des sciences

Degree label

Master [120] en biologie des organismes et écologie, à finalité approfondie

Abstract

Les plastiques sont produits en grande quantité à travers le monde et la plus grande partie de ses usages implique une brève utilisation. Par mauvaise gestion des déchets ou par l’usure, ils peuvent se retrouver dans l’environnement. Ils s’y dégradent selon différents processus en fragments de plus en plus petits que l’on qualifie alors de microplastiques. Ils peuvent être fragmentés mécaniquement par les processus d’abrasion ou chimiquement par l’action conjointe de la chaleur, de l’eau, des ultraviolets et du vivant. Ils peuvent également être spécifiquement conçus pour avoir cette taille et à ce jour, il appartient aux états de réglementer la production de ces particules. Une fois dans le milieu aquatique, l’effet sur le vivant dépendra des adjuvants ou des contaminants que ces microplastiques adsorbent mais l’effet dépendra également de leur forme, structure et taille. Ils sont ainsi responsables d’une réduction de l’alimentation chez de nombreuses espèces invertébrées et vertébrées. L’occlusion intestinale semble être l’hypothèse privilégiée pour les petites espèces. Les particules s’accumulent également hors du tube digestif, dans le foie dont les fonctions sont perturbées. Ils stimulent également les réactions inflammatoires à travers une production accrue de ROS. Afin d’évaluer le stress occasionné chez les vertébrés, nous avons sélectionné le modèle du poisson-zèbre (D.rerio). Les effets que nous attendions étaient une initiation d’une réaction inflammatoire au niveau intestinal et hépatique, une hausse de l’activité glycolytique et lipogénique ainsi qu’une hausse du stress oxydatif et de l’activité des enzymes détoxifiantes. Nous attendions également une réduction de l’activité en présence de microplastique. Nous avons donc réalisé un suivi de l’activité ainsi qu’un test de témérité. Celui-ci nous permet de mettre en avant des comportements anxieux à travers la thygmotaxie des alevins. En parallèle, nous avons évalué les niveaux de transcrits de gènes impliqués dans les voies métaboliques glyco-lipidiques. Nous avons également suivi les transcrits de gènes liés au développement cellulaire et au stress oxydatif. Ce dernier point a également été évalué via la mesure de l’activité enzymatique de trois enzymes. A travers cette étude, nous avons pu constater le ralentissement de l’activité générale des alevins attendue en présence de microplastiques. Nous avons mis en lumière que l’ingestion de PS-MP affecte négativement l’activité motrice et de manière dose-dépendante. Nous avons également mis en avant un comportement anxieux chez les larves via le test de témérité et cette anxiété est initiée lors d’une exposition précoce et reste présente même lorsque les PS-MP sont supprimés du milieu. Nous avons également mis en avant une hausse de l’activité de synthèse et de transport des acides gras ainsi qu’une hausse de l’activité glycolytique comme nous l’attendions. En revanche nous ne montrons pas de hausse du stress oxydatif et nous constatons même une réduction de l’activité du SOD. Nous estimons donc que l’ingestion de particules de polystyrène devrait tromper l’organisme en induisant un sentiment de satiété erroné. Plastics are produced in large quantities around the world. Most of their uses involve short periods of operation. Through wear and tear or poor waste management, plastics can end up in the environment. These break down through various processes into smaller and smaller fragments, which are then called microplastics. They can be fragmented mechanically through abrasives process or chemically by the mixed actions of heat, water, ultraviolet light and living organisms. They can also be specifically designed to be this size and to date it is up to the states to regulate the production of these particles. Once in the aquatic environment, the effect on living organisms will depend on the additives or contaminants that these microplastics adsorb but also on their shape, molecular structure and size. They are thus responsible for a reduction in feeding in many invertebrate and vertebrate species. Intestinal occlusion seems to be the preferred hypothesis for smaller species. The particles also accumulate outside the digestive tract, in the liver where metabolism is affected. They also stimulate inflammatory reactions through increased production of ROS. In order to assess the stress on vertebrates, we selected the zebrafish model (D.rerio). The effects we expected were an initiation of an inflammatory response in the gut and liver, an increase in glycolytic and lipogenic activity as well as an increase in oxidative stress and detoxifying enzyme activity. We also expected a reduction of the larvae activity under microplastic exposure. We therefore carried out a monitoring of the activity as well as a boldness test. The latter allows us to highlight anxious behaviour through thygmotaxis. In parallel, we evaluated the levels of transcripts of genes involved in glyco-lipid metabolic pathways. We also monitored transcripts of genes related to cell development and oxidative stress. The latter was also assessed by measuring the enzymatic activity of three enzymes. Through this study, we were able to confirm the predicted slowing of the general activity of the juveniles in the presence of microplastics. We found that PS-MP ingestion negatively affects motor activity in a dose-dependent manner. We also demonstrated anxious behaviour in the larvae via the boldness test and this anxiety is initiated during early exposure and remains present even when PS-MPs are removed from the environment. We also showed an increase in fatty acid synthesis and transport activity as well as an increase in glycolytic activity as we expected. On the other hand, we do not show an increase in oxidative stress and we even observe a reduction in SOD activity. We therefore believe that the ingestion of polystyrene microparticles is likely to mislead the body by inducing a false sense of satiety.