Ecole Doctorale

Sciences de la Vie et de la Santé

Spécialité

Biologie-Santé: Biochimie structurale

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

Organophosphorés,Perturbation du développement,Toxicité,Planaire,Cholinestérases,

Keywords

Organophosphorus compounds,Growth disruption,Toxicity,Planarian,Cholinesterases,

Titre de thèse

Mise au point d'un nouveau modèle animal pour l'évaluation de la toxicité et de la perturbation du développement: application aux neurotoxiques organophosphorés
Development of a new animal model to investigate toxicity and growth perturbations: application to organophosphorus compounds

Date

Mardi 24 Septembre 2019 à 14:00

Adresse

Aix Marseille Université Faculté de Médecine La Timone 27 Boulevard Jean Moulin 13385 Marseille Salle 2

Jury

Directeur de these M. Eric CHABRIERE Aix Marseille Université
Rapporteur Mme Florence GERET INU Champollion
Rapporteur M. François ESTOUR Université de Rouen, U.F.R. Santé
Examinateur M. Pierre DOUMENQ Aix Marseille Université
Examinateur M. David DAUDE Gene&GreenTK

Résumé de la thèse

Les insecticides sont des molécules largement utilisées pour la lutte antivectorielle, la lutte antiparasitaire ou encore en agriculture. Parmi eux, les organophosphorés (OP) constituent la classe la plus répandue et représentent 30% du marché mondial. Ces molécules hautement toxiques ciblent la transmission neuronale en inhibant une enzyme clé : l’acétylcholinestérase (AChE). L’utilisation massive de ces composés a conduit à une importante pollution des sols et des eaux entrainant de nombreuses intoxications chaque année. De plus ils seraient associés à des perturbations du développement chez l'Homme et les animaux disposant de systèmes nerveux cholinergiques. Ils représentent également une menace sécuritaire car leur toxicité pourrait être détournée à des fins malveillantes. La mise au point de méthodes de décontamination est donc aujourd'hui cruciale pour limiter les conséquences des expositions aux OP et représente un enjeu de santé publique mais également stratégique pour la protection des populations. Des méthodes enzymatiques, douces et sans impact environnemental, ont été étudiées depuis plusieurs années pour pallier les limitations des solutions de décontamination chimiques, polluantes, corrosives et toxiques. Les enzymes étant souvent des molécules biologiques fragiles, un intérêt particulier a été porté à l’enzyme hyperthermostable SsoPox, isolée de l’archée Saccharolobus solfataricus issue des sources d’eau chaude du Vésuve, capable de dégrader les OP. Pour approfondir le potentiel de cette enzyme, ses propriétés biotechnologiques ont d’abord été étudiées. L’enzyme s’est montrée résistante à de nombreuses contraintes physico-chimiques telles que la chaleur, le stockage, ou encore l’utilisation de solvants. Outre la stabilité de l’enzyme, son efficacité pour la dégradation d’insecticides répandus en agriculture a été démontrée et les produits de dégradation ont été caractérisés. Un modèle animal original, la planaire, un ver aquatique de l’embranchement des Plathelminthes et possédant un système nerveux cholinergique, a ensuite été développé pour valider l’efficacité de l’enzyme in vivo. L’une des particularités de ce ver repose sur sa capacité de régénération, grâce à une importante proportion de cellules souches, permettant notamment d’évaluer les impacts sur le développement. Ce modèle à d’abord été utilisé pour démontrer les effets bénéfiques de l’enzyme face à une exposition aigüe aux OP en améliorant la survie, la mobilité, la régénération et l’activité cholinergique des planaires. Une étude multigénérationnelle a ensuite souligné la toxicité chronique des insecticides, même utilisés à des doses sublétales, sur les planaires. Des malformations, des baisses de mobilité ou des retards de régénération ont notamment pu être observés et l’utilisation de l’enzyme a permis de réduire drastiquement ces altérations. Enfin, l’extrême stabilité de l’enzyme a permis de l’immobiliser au sein de billes d’alginate afin de développer un système de filtration dont l’efficacité a été démontrée à la fois in vitro et in vivo en utilisant la planaire comme bioindicateur.

Thesis resume

Insecticides are widely used to control insect vectors or insect pests as well as in agriculture to protect crops. Among them, organophosphorus compounds (OP) are widespread and account for 30% of the global insecticide market. These highly toxic molecules target neuronal transmission by inhibiting a key enzyme: acetylcholinesterase (AChE). The extensive use of OP is responsible for large soil and water pollutions leading to numerous intoxications every year. Moreover, OP are potential endocrine disruptors and would be associated to developmental perturbations in humans and animals with cholinergic nervous systems. They constitute a terrorist threat as their toxicity could be used for malicious purposes. The development of decontamination methods is crucial to limit OP poisoning and represents both a public health issue and a major strategic stake. Enzymatic methods, acting in a smooth and environmentally friendly manner, have been studied to overcome the limitations of chemical methods which are pollutant, corrosive and toxic. Enzymes are usually poorly stable and a specific interest was drawn to the robust enzyme SsoPox, isolated from the archea Saccharolobus solfataricus found in the hot springs of Vesuvius, able to degrade OP. To deepen the potential of this enzyme, its biotechnological properties were first evaluated. The enzyme was resistant to many physico-chemical constraints including heat, storage, or the use of solvents. In addition to its stability, the efficiency of SsoPox to degrade agricultural insecticides was demonstrated and degradation products were characterized. An original animal model, the planarian, a freshwater worm with a cholinergic nervous system, belonging to the Platyhelminthes phylum, was developed to validate the in vivo efficiency of the enzyme. Interest in using planarians relies on their unconventional regeneration capacity, conferred by a large proportion of stem cells, allowing to assess developmental perturbations. This model was first used to demonstrate the beneficial effects of the enzyme against OP acute exposure by improving the survival, mobility, regeneration and cholinergic activity of planarians. Then, a multigenerational study highlighted the chronic toxicity of insecticides, even used at sublethal doses, on planarians. Abnormalities, decreases in mobility or regeneration delays were observed and the use of the enzyme drastically reduced these alterations. Finally, the robust enzyme was immobilized into alginate beads to develop a filtration system. The efficiency of the device was demonstrated both in vitro and in vivo using planarians as biosensors.