La métallothionéine dans le bivalve d'eau douce Anodonta grandis : études in situ du rôle de cette protéine dans la détoxification des métaux traces et son évaluation comme indicateur biochimique.

Couillard, Yves (1993). La métallothionéine dans le bivalve d'eau douce Anodonta grandis : études in situ du rôle de cette protéine dans la détoxification des métaux traces et son évaluation comme indicateur biochimique. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 218 p.

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Résumé

Les mollusques marins et d'eau douce sont reconnus pour leur capacité de bioconcentrer les métaux traces de leur environnement. Leur tolérance à des charges internes élevées de métaux a été attribuée à l'existence d'un mécanisme de détoxification impliquant la capture des espèces métalliques diffusant dans le cytosol par des ligands dédiés à cette fonction. Une candidate possible à cette fonction s'avère être la métallothionéine (MT). TI s'agit d'une protéine de faible poids moléculaire, riche en cystéine, complexant fortement les ions des métaux appartenant aux groupes fi et lm. Bien que les métallothionéines aient été abondamment étudiées en laboratoire, depuis plus de trente ans, et d'autre part, considérant l'ampleur du problème de contamination des milieux aquatiques par les substances toxiques, il est surprenant de constater le peu de connaissances que nous avons sur le comportement de ces protéines chez les organismes aquatiques dans leur milieu naturel. Ce projet s'est voulu une contribution à l'étude des MT en environnement naturel. Les objectifs généraux ont été d'élucider le mécanisme de détoxification impliquant la métallothionéine qui prévaut chez le bivalve d'eau douce Anodonta grandis vivant en milieu contaminé, et d'évaluer le potentiel qu'offre cette protéine comme indicateur biochimique précoce d'exposition et de stress in situ causé par les métaux traces. La première partie de ce projet comportait une étude multi-Iacustre. Des sédiments superficiels oxyques, les eaux sus-jacentes à ces sédiments et des spécimens d'A. grandis ont été prélevés à onze sites lacustres littoraux localisés au long d'un gradient géochimique de pH, de [Cd], de [Cu] et de [Zn]. La région d'étude de Rouyn-Noranda (nord-ouest québécois) est influencée par des activités minières et de fonte de métaux. Les concentrations de MT dans les branchies, les restes et l'organisme entier étaient significativement correlées (P < 0.01) avec les concentrations tissulaires de Cd. En contraste, les corrélations entre les [MT] et les niveaux de Cu ou de Zn restaient faibles ou nulles. Les variations inter-sites des concentrations de MT étaient le mieux reliées avec les concentrations de l'ion libre Cd²⁺ à l'interface eau-sédiment, telles qu'estimées à partir des équilibres de sorption eau- sédiment. Les relations entre les niveaux de métallothionéine et les concentrations totales de métaux dissous au moment de leurs prélèvements, et entre les concentrations sédimentaires de métaux extraits par NH₂0H.HCI, étaient inexistantes. Ces résultats appuient l'hypothèse initiale de cette étude, à savoir que les concentrations tissulaires de métallothionéine répondent de façon dépendante à une disponibilité accrue de métal (dans ce cas le Cd) dans l'environnement, telle que définie par la concentration de l'ion libre Cd²⁺. La seconde partie de ce projet a consisté en une transplantation de spécimens d'A. grandis d'un lac relativement peu contaminé vers un lac très contaminé en Cd et en Zn. Ces lacs affichaient vraisemblablement des conditions écologiques semblables. Cette expérience s'est déroulée de nouveau dans la région de Rouyn-Noranda et s'est étendue sur 400 jours. Nous en avons tiré une évaluation préliminaire de la métallothionéine du bivalve A. grandis comme indicateur biochimique, en nous guidant sur des critères bien établis pour ce genre d'indicateur. Les bivalves transplantés vers le lac le plus contaminé montrèrent un accroissement lent de métallothionéine dans le temps; cet accroissement était correlé avec une augmentation tout aussi lente des concentrations tissulaires de cadmium. Rappelons que cette relation concentration-réponse pour le Cd a été également observée lors de l'étude inter-lacustre. Les variations saisonnières des concentrations de MT dans les bivalves témoins (laissés dans leurs lacs d'origine) étaient modestes, en comparaison avec la hausse régulières en [MT] observée avec les bivalves transplantés. Le tout suggère que les caractéristiques inhérentes à la biologie et à la physiologie d'A. grandis (ex: croissance et développement, reproduction, nutrition) sont moins importantes que les changements en biodisponibilité des métaux traces comme sources de variations des [MT]. Après 400 jours, l'apparition de symptômes de toxicité cellulaire dans les branchies des mollusques transplantés (dégradation oxydative des membranes, homéostasie cellulaire du Ca perturbée, détérioration des indices de condition) coïncida avec l'association du Cd avec des ligands de faible poids moléculaire dans le cytosol branchial. Le déclenchement de ces événements cellulaires suggère un rôle central pour la MT dans la détoxification des métaux et dans le maintien en santé des bivalves dans leur environnement naturel. Des effets toxiques au niveau de l'organisme et de la population furent également décelés. Les stades larvaires en développement dans les marsupiums branchiaux des bivalves du lac le plus pollué étaient apparemment affectés par un stress induit par le Cd alors que les adultes du même lac ne semblaient pas être accablés par quelqu'effet toxique. Les connaissances acquises lors de ce projet ont permis de mieux apprécier le potentiel qu'offre la métallothionéine comme indicateur biochimique d'exposition et de toxicité provoquée par les métaux traces toxiques en milieu naturel. Les résultats sont encourageants à cet égard mais conservent un caractère préliminaire; à notre connaissance, peu d'évaluations systématiques in situ de ce genre ont été rapportées dans la littérature. Afin d'exploiter la métallothionéine comme indicateur prédicteur d'exposition et de toxicité, il sera nécessaire d'obtenir une compréhension plus profonde de ses fonctions physiologiques normales et du mécanisme de détoxification dont elle fait partie, dans l'environnement naturel. Ces études devront être effectuées sur l'organisme biomoniteur proposé.

Type de document:	Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse:	Campbell, Peter G.C.
Co-directeurs de mémoire/thèse:	Tessier, André
Mots-clés libres:	métallothionéine; bivalve d'eau douce; Anodonta grandis; protéine; détoxification; métaux traces; indicateur biochimique; invertébré benthique; milieu contaminé
Centre:	Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt:	28 août 2013 20:25
Dernière modification:	12 nov. 2015 20:06
URI:	http://espace.inrs.ca/id/eprint/1458

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