Développement de biomarqueurs pour les études comparatives des moules de Kerguelen face aux activités anthropiques

Caza, France (2021). Développement de biomarqueurs pour les études comparatives des moules de Kerguelen face aux activités anthropiques Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en biologie, 126 p.

Prévisualisation

PDF - Version publiée Télécharger (13MB) | Prévisualisation

Résumé

Les activités anthropiques affectent les écosystèmes marins, notamment à Kerguelen, un milieu subantarctique reconnu comme étant très sensible aux changements climatiques. L’étude des moules sentinelles présentes à Kerguelen, Aulacomya atra et Mytilus edulis desolationis, permet d’en évaluer l’impact en raison de leurs capacités de filtration et de bioaccumulation des polluants et métaux lourds. Les biomarqueurs conventionnels utilisés jusqu’à maintenant pour évaluer leur état de santé requièrent des prélèvements tissulaires sur place ou de l’individu entier. La logistique complexe de transport tenant compte de la chaîne de froid en région éloignée peut être compromise.

L’objectif général de la thèse visait à comparer leurs mécanismes d’adaptation des moules sentinelles de Kerguelen face à des stress anthropiques. Pour ce faire, j’ai utilisé deux approches, la première utilisant des biomarqueurs traditionnels, et la seconde une approche s’inspirant de l’utilisation des approches multi-omiques basée sur le concept de la biopsie liquide. L’étude des moules soumises à un stress thermique et à une exposition au cadmium a démontré que les réponses diffèrent entre les deux espèces. En soumettant les deux espèces à un stress thermique, nous avons également observé que leurs hémocytes quittent le compartiment vasculaire vers le compartiment intervalvaire pour ensuite être relâchés dans l’eau de mer. Ce relargage est plus marqué chez A. atra. Ces hémocytes immunocompétents peuvent survivre plusieurs heures dans l’eau de mer avant d’être recaptés par une autre moule, favorisant la dissémination d’agents infectieux. Ces résultats révèlent l’existence d’un nouveau mécanisme opportuniste pour disséminer l’infection chez son hôte en milieu marin en réponse à une élévation de température. Ceci pourrait expliquer la mortalité de masse rencontrée épisodiquement chez les bivalves au cours des dernières années en réponse aux changements climatiques.

En parallèle, nous avons développé une nouvelle génération de biomarqueurs chez la moule basée sur le concept de la biopsie et une logistique simple qui permet d’outrepasser le besoin de chaîne de froid. En utilisant les méthodes de qPCR et de ddPCR, nous avons mesuré et démontré que cette approche est aussi efficace pour conserver l’ADN que la congélation. Cette conclusion est supportée par nos résultats de séquençage à haut débit démontrant que les profils de microbiome retrouvés dans l’hémolymphe sont similaires entre les échantillons congelés comparativement à ceux conservés sur carte de cellulose FTA qui protège et les acides nucléiques. Une étude comparative préliminaire du microbiote « circulant » entre les deux espèces de moules prélevées dans une même moulière a de plus démontré une différence de la composition et de la richesse du phylum. En dernier lieu, nous avons prouvé pour la première fois l’existence de fragments d’ADN libres circulant (ccfDNA) chez les deux moules en plus d’en définir les caractéristiques et de mettre en évidence la présence de ccfDNA d’origine du soi et du non-soi.

En conclusion, nos études nous ont permis de mieux comprendre la réponse hémocytaire des deux types de moule de Kerguelen face au stress environnementaux. Nous avons également mis au point une méthode de prélèvement (biopsie liquide et cartes FTA) logistiquement adaptée aux régions éloignées compatible aux nouvelles approches multi-omiques. L’ensemble du travail servira non seulement à mieux comprendre comment ces espèces sentinelles peuvent réagir face aux stress environnementaux mais aussi de favoriser la mise en place d’observatoires pour évaluer les effets à long terme des CC des écosystèmes marins en régions polaires.

Anthropogenic activities are well known to affect marine ecosystems, especially in Kerguelen, a subantarctic environment known to be very sensitive to climate change (CC). Such impact on marine ecosystems can be measured using sentinel mussels, Aulacomya atra and Mytilus edulis desolationis, two mussel species cohabiting in intertidal ecosystems of Kerguelen. The conventional biomarkers used to assess their health, however, requires logistically complex biobanking of tissue samples and killing of each individual, two major hurdles for studies in remote regions and new ethical considerations associated with the use of sentinel species for environmental monitoring.

The general objective of this thesis was to compare the mechanisms of adaptation of Kerguelen mussels to anthropogenic factors. For this purpose, I used two approaches, the first based on traditional biomarkers, and the second a new generation of hemolymphatic biomarkers inspired the recent progress accomplished in the field of liquid biopsy, a concept that is gaining ground in medicine. The first approach allowed us to show that both species responded differently to temperature stress and exposure to cadmium. While conducting these studies, we have also observed that their hemocytes leave the vascular compartment towards the interval space before being released in seawater. This release of hemocytes was more pronounced in the case of A. atra. Interestingly, we observed that hemocytes can survive for several hours in seawater while retaining their phagocytic functions before being recaptured by another mussel. By infecting the hemocytes with Mycobacterium marinum, we have followed the path of this recapture and the infection induced in recipient mussels and revealed the existence of a new opportunistic mechanism to disseminate infection. These findings may explain, at least in part, episodic mass mortality events in bivalves observed in recent years in response to CC.

During these studies, which were conducted in part during our research missions at Kerguelen, we have also developed a logistically-friendly sampling method based on the concept of liquid biopsy for mussels and well-suited for preservation of samples on cellulose FTA cards tat protect DNA. Using the qPCR and ddPCR methods, we further showed that FTA cards were as efficient as frozen samples for DNA analysis. We have shown that this approach overcomes the need for a cold-chain and well-adapted for multi-omics approaches, most notably high throughput sequencing methods. This approach allowed us to carry out preliminary studies of the comparative microbiota between the two species of mussels taken from the same mussel bed. Our findings showed a difference in the composition and richness of the bacterial phyla, indicating that microbiome of mussels depends on intrinsic factors. Finally, we revealed, for the first time, the existence of circulating cell free DNA (ccfDNA) in the hemolymph of mussels, defined its characteristics, and revealed the presence of ccfDNA from self and non-self origins including the possible existence of bacteria and viruses that we had not suspected the presence in Kerguelen.

In conclusion, our studies have enabled us to better understand the hemocyte response of Kerguelen's mussel populations to environmental stress. We have also developed a new sampling method logistically adapted to remote regions and compatible with highyl sensitive multiomic approaches. All the work will serve not only to better understand how these sentinel species can react to environmental stresses, but also to promote the establishment of observatories to assess long-term effects of CCs in marine ecosystems in polar regions.

Type de document:	Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse:	Villemur, Richard
Mots-clés libres:	Changements climatiques; Aulacomya atra; Mytilus edulis desolationis; cartes FTA; approches multi-omiques; ccfDNA; microbiome; stress thermique; climate change; FTA cards; multi-omic approach; heat stress
Centre:	Centre INRS-Institut Armand Frappier
Date de dépôt:	09 juill. 2024 15:26
Dernière modification:	09 juill. 2024 15:26
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/15823

Gestion Actions (Identification requise)

Modifier la notice