Responses of fish populations to chemical stress in estuaries : molecular, biochemical and immunotoxicologic approach

Les milieux côtiers et estuariens sont aujourd’hui particulièrement impactés par les activités anthropiques qui se traduisent par des stress multiples s’exerçant sur les populations aquatiques (stress chimique, thermique, hypoxique,…). La présence de cocktails de polluants complexes dans les eaux peut avoir des conséquences non seulement sur les écosystèmes aquatiques, mais également sur les populations humaines situées au sommet de la chaîne trophique. Au cours de ce travail de thèse, deux études ont été menées parallèlement en France et au Québec, sur deux poissons considérés comme des espèces sentinelles en milieux estuariens, respectivement le flet (Platichthys flesus) et le poulamon (Microgadus tomcod). Une batterie de biomarqueurs a été mise en œuvre, en considérant différents niveaux d’organisation biologique, c’est-à-dire en analysant les réponses au stress chimique du niveau moléculaire au niveau individuel (expression de gènes, activité de détoxification, fonctionnement du système immunitaire, métabolisme énergétique, indices de condition). L’objectif principal de cette étude était de rechercher les biomarqueurs les plus pertinents pour évaluer la qualité des écosystèmes estuariens, en prenant en compte les spécificités des milieux contaminés et des espèces sentinelles.Dans un premier temps, la réponse du flet a été explorée en conditions contrôlées, après une contamination de 29 jours avec un cocktail de HAPs et PCBs à des doses environnementales, suivie de 14 jours de récupération. Le cocktail de polluants, administré par l’alimentation, affecte le système immunitaire et induit des processus de détoxification et des dommages à l’ADN. L’augmentation de l’expression du composant C3 du complément et du TNF-receptor suggère que les polluants provoquent une réponse inflammatoire au niveau du foie. La mesure du lysozyme apparait comme l’un des marqueurs les plus sensibles du système immunitaire face aux contaminants. Enfin, cette étude met en évidence une corrélation entre l’expression du gène Cytochrome P450 1A1 et les dommages à l’ADN.Ces marqueurs ont été dans un second temps mis en œuvre dans l’analyse des réponses de populations naturelles de flet puis de poulamon à la contamination chimique. Il apparait dans ces deux études que la réponse du système immunitaire est complexe, certaines fonctions étant inhibées (capacité de phagocytose) alors que d’autres sont activées en présence de polluants (expression du C3 et du TNF-R, prolifération lymphocytaire). De plus, l’approche multiparamètres confirme que certains marqueurs testés en laboratoire peuvent être également pertinents pour diagnostiquer la qualité des milieux estuariens. Les études réalisées sur les populations de flet et de poulamon montrent un différentiel entre sites contaminées versus sites témoins, au niveau de plusieurs biomarqueurs (métabolisme énergétique, activités de détoxification, réponses immunitaires, indices de condition), selon les sites échantillonnés et l’âge des poissons (cohortes 0+ ou 1+).Coastal and estuarine environments are mainly impacted by anthropogenic activities that lead to several stress (chemical and/or thermal stress, hypoxia…). Presence of complex mixtures of contaminants could create serious damages in aquatic ecosystems and also in human populations.During this work, two studies were carried out in France and Québec, on two species: the European flounder (Platichthys flesus) and the Atlantic tomcod (Microgadus tomcod), these fishes being considered as sentinel species of the water estuarine quality. A multi-parameter approach was conducted considering the fish responses to the chemical stress, from molecular to individual levels (gene expression, detoxification process, functioning of the immune system, energetic metabolism and condition index). The main objective of this study was to identify the more pertinent biomarkers to evaluate the estuarine water quality.Firstly, the flounder responses were studied in controlled conditions after 29 days of contamination with environmentally relevant concentrations of PAHs and PCBs in food, followed by a 14 days recovery period. The contaminated diet impacted the immune system and showed an increase of the detoxification process and of the DNA damages. Up-regulation of the complement C3 and TNF-receptor gene expressions could be explain by an inflammatory response in liver. The lysozyme level was also impacted and appeared to be the more sensitive immune parameter to the chemical stress. This study underlined a significant correlation between the Cytochrome P450 1A1 expression level and the DNA damage.Secondly, the previous markers were explored on the flounder and the tomcod, considering the fish population responses to contaminants in the field. These two studies underlined the complexity of the immune responses to contamination, some functions being inhibited (capacity of phagocytosis) whereas others being enhanced (expression of C3 and TNF-R, proliferation of lymphocytes). Moreover, this multiparameter approach confirmed the pertinence of several markers in experimental conditions as in the field. This study carried out on flounder and tomcod populations showed differential responses of populations in contaminated vs in pristine sites (particularly considering: energetic metabolism, detoxification process, immune response and condition index), linked to fish aging (0+ vs 1+ cohorts)