Application du concept de la biopsie liquide chez des espèces marines afin d’évaluer l’état de santé des écosystèmes marins et côtiers

Ferchiou, Sophia (2024). Application du concept de la biopsie liquide chez des espèces marines afin d’évaluer l’état de santé des écosystèmes marins et côtiers Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en biologie, 273 p.

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Résumé

Les changements climatiques et la pollution exercent une pression significative sur les écosystèmes marins côtiers, nécessitant des méthodes de surveillance efficaces. Les bivalves, utilisés comme espèces sentinelles, sont cruciaux dans cette démarche mais se heurtent à des limites liées à l'utilisation de biomarqueurs conventionnels, notamment en termes de sensibilité et de capacité prédictive. Pour surmonter ces défis, notre équipe cherche à exploiter le potentiel de la biopsie liquide, un concept en émergence dans le développement en oncologie basé sur l’analyse de l’ADN relâché dans la circulation sanguine par les cellules tumorales. L 'analyse de l'ADN libre circulant ( permet ainsi de distinguer l'ADN de l’hôte (ADN du soi) de celui provenant de l'environnement

(ADN du non soi). Notre hypothèse suggère que l’application de ce concept chez la moule nous permettra d’obtenir une compréhension plus fine des interactions écologiques et des réponses biologiques aux stress environnement aux. L’objectif général de ce projet vis ait à appliquer la biopsie liquide aux organismes marins afin d’ évaluer l'état de santé des écosystèmes marins, avec une attention particulière portée aux régions polaires, particulièrement vulnérables aux changements climatiques et à la propagation de pathogènes .

Nos résultats ont démontré que les signatures microbiennes observées chez les moules varient de manière interspécifique et spatiale et sont influencées par les conditions environnementales et l exposition à la pollution . Nous avons aussi montré que l e ccfDNA hémolymphatique, adapté pour le séquençage Nanopore, permet une évaluation efficace de la biodiversité locale , ainsi que la détection d'agents microbiens et parasitaires qui pourraient être pathogènes , tant pour les moules que pour d'autres espèces animales et végétales présentes dans l’environnement. L'utilisation de techniques de séquençage avancées, telles que le séquençage aléatoire shotgun et la technologie Nanopore, a facilité l'identifi cation de pathogènes potentielles et l'exploration de la diversité virale, surmontant les limites des approches métagénomiques conventionnelles.

En fin, en intégrant une approche multi omique , nous avons pu mettre en évidence des perturbations dans le métabolisme énergétique et mitochondrial des moules, indicatives de stress environnementaux et anthropiques affectant leur habitat.

En conclusion, notre étude a pu démontrer que l’utilisation de la biopsie liquide ouvre des perspectives pour l'étude des modifications épigénétiques induites par des facteurs anthropiques et environnementaux , offrant ainsi une approche intégrée pour mesurer la biodiversité et détecter les espèces invasives sans recourir au metabarcoding . L 'intégration de l'analyse multi-omique des biomarqueurs circulants à partir d’échantillons de sang ou d’hémolymphe récoltés chez des organismes sentinelles comme la moule promet de révolutionner la surveillance environnementale, offrant des outils de diagnostic précis, sensibles et pratiques pour la protection des écosystèmes marins côtiers.

Climate change and pollution exert significant pressure on coastal marine ecosystems, necessitating effective monitoring methods. Bivalves, used as sentinel species, are crucial in this endeavor but face limitations related to the use of conventional biomarkers, particularly in terms of sensitivity and predictive capacity. To overcome these challenges, our team seeks to leverage the potential of liquid biopsy, an emerging concept in oncology development based on the analysis of DNA released into the bloodstream by tumor cells. The analysis of circulating cell-free DNA (ccfDNA) thus allows us to distinguish host DNA (self-DNA) from environmental DNA (non-self DNA). Our hypothesis suggested that applying this concept to mussels will enable a more nuanced understanding of ecological interactions and biological responses to environmental stressors.

The overall objective of this project was to apply liquid biopsy to marine organisms to assess the health of marine ecosystems, with particular attention to polar regions, which are highly vulnerable to climate change and the spread of pathogens.

Our results showed that the microbial signatures observed in mussels vary interspecifically and spatially, and are influenced by environmental conditions and exposure to pollution. We have also demonstrated that hemolymphatic ccfDNA, suited for Nanopore sequencing, enables an effective evaluation of local biodiversity and the detection of microbial and parasitic agents that could be pathogenic not only for mussels but also for other animal and plant species present in the environment. The use of advanced sequencing techniques, such as random shotgun sequencing and Nanopore technology, has facilitated the identification of potential pathogens and the exploration of viral diversity, overcoming the limitations of traditional metagenomic approaches. By integrating a multi-omic approach, we have highlighted disturbances in the energy and mitochondrial metabolism of mussels, indicative of environmental and anthropogenic stress affecting their habitat.

In conclusion, our study has demonstrated that the use of liquid biopsy opens up new perspectives for studying epigenetic modifications induced by anthropogenic and environmental factors, thus offering an integrated approach for measuring biodiversity and detecting invasive species without resorting to metabarcoding. The integration of multi-omic analysis of circulating biomarkers from blood or hemolymph samples collected from sentinel organisms like the mussel promises to revolutionize environmental monitoring, providing precise, sensitive, and practical diagnostic tools for the protection of coastal marine ecosystems.

Type de document:	Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse:	St-Pierre, Yves
Co-directeurs de mémoire/thèse:	Betoulle, Stéphane (Université de Reims Champagne Ardenne)
Mots-clés libres:	Changements climatiques; biopsie liquide; analyse multi-omique; moule bleue; biomarqueurs; Climate change; liquid biopsy; multi-omic analysis; blue mussel; biomarkers
Centre:	Centre INRS-Institut Armand Frappier
Date de dépôt:	26 févr. 2025 16:08
Dernière modification:	26 févr. 2025 16:08
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/16339

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