L'hexanitrohexaazaisowurtzitane ou CL-20 est un nouveau composé énergétique présentement à l'étude pour fin d'utilisation militaire. Le RDX (hexahydro-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazine) et le HMX (octahydro-1,3,5,7-tétranitro-1,3,5,7-tétrazocine) sont des contaminants couramment retrouvés dans le sol des sites militaires. La toxicité de ces deux derniers nitramines sur les espèces de vertébrés terrestres, tel que les mammifères, les amphibiens et les oiseaux, est de plus en plus documentée. Le CL-20 est un nitramine polycyclique caractérisé par des liens N-NO₂, ce qui est comparable au RDX et au HMX qui sont deux composés nitramines monocycliques. Étant donné leurs structures chimiques similaires, nous avons émis l'hypothèse que les effets du CL-20 sur les oiseaux seraient aussi semblables à ceux du RDX. Au cours de la présente étude, nous avons évalué les effets toxiques du CL-20 sur un gallinacé, la caille japonaise (Coturnix coturnix japonica) exposée à des doses journalières et répétées de CL-20. En premier lieu, un test sub-aigu de 14 jours a été réalisé, durant lequel les oiseaux ont subi des gavages répétés pendant les premiers 5 jours suivis de 10 jours sans exposition au CL-20 (diluant seulement). Dans un deuxième temps, un test nutritionnel sub-chronique a été réalisé sur une période de 42 jours. Au cours de ces deux études, aucun effet toxique n'a été observé chez les oiseaux exposés au CL-20. Par contre, une augmentation du poids du foie, des niveaux du sodium plasmique et de la créatinine ont été observés chez les oiseaux ayant reçu les doses de CL-20 les plus élevées. L'analyse du plasma et de certains organes vitaux des cailles (foie, cerveau, coeur et rate) a montré que le CL-20 n'était pas présent dans ces tissus, suggérant que le CL-20 pourrait être biotransformé in vivo. Au cours de l'étude nutritionnelle sub-chronique, le poids des embryons a significativement et proportionnellement diminué en fonction de la dose de CL-20. Les embryons des oiseaux exposés au CL-20 présentaient plusieurs malformations congénitales (autant crâniennes que faciales), telles que des courbures du bec, l'hypertrophie du cerveau moyen et le développement d'un seul côté du visage couplé à une micro-opthalmie (comparaison non statistique avec les embryons contrôles). Le nombre d'oeufs pondus par femelle tendait aussi à diminuer avec l'augmentation de la dose. Ces résultats suggèrent que le CL-20 aurait un effet sur le foie des femelles adultes. Le développement des embryons d'oiseaux diffère de celui du foetus de mammifères en ce sens que 90% de l'énergie requise par l'embryon d'oiseau provient de la β-oxydation des acides gras dérivés des lipides vitellins. Les lipides vitellins sont produits par le foie maternel et transmis aux oocytes en croissance, servant de source d'acides gras pour l'embryon. Ainsi, il est possible que les effets du CL-20 sur le foie maternel (via le métabolisme des acides gras et des composés xénobiotiques) conduisent à des effets nuisibles sur le développement de l'embryon qui est intimement lié au vitellus maternel. Notre hypothèse principale de travail est que le foie de caille pourrait contenir une ou des enzymes capable de biotransformer le CL-20. Nos résultats avec le cytosol total indiquent que la disparition du CL-20 est inhibée in vitro par l'acide éthacrynique ou un produit analogue au GSH, le s-octylglutathione, qui est une enzyme GST. La purification et la caractérisation de la glutathione S-transférase cytosolique (GST) a été effectuée à partir du foie de caille. L'analyse partielle de la séquence N-terminale a montré que les deux classes de GST alpha et mu de la caille ont une homologie de 100% avec la GST du poulet. Cette enzyme purifiée a pu bio transformer le CL-20 en présence de la glutathione (GSH), un co-facteur obligatoire. Nos résultats suggèrent que la protéine purifiée a bio transformé le CL-20, tel que mis en évidence par la formation concomitante de nitrite (NO₂) et la disparition du CL-20. Nos résultats suggèrent que la biotransformation du CL-20 par GST in vitro, pourrait expliquer la faible toxicité et l'absence de CL-20 in vivo. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Caille japonaise, CL-20, GST, acide éthacrynique.

Les microbes ou micro-organismes sont les producteurs primaires des services écosystémiques pour les cycles biogéochimiques de la terre et les systèmes biologiques. Les xénobiotiques marquent une nouvelle ère anthropogénique « l’anthropocène », et ils représentent une source de sélection artificielle de la structure et de la composition de la biodiversité microbienne. Par conséquent, les perturbations anthropogéniques sont néfastes pour les systèmes microbiens et induisent des changements adaptatifs ou des dommages dans leurs répertoires génotypiques. L’assemblage des communautés microbiennes durant la résistance et la résilience est gouverné par des processus éco-évolutifs. Ce travail découle de l’intersection transdisciplinaire de l’écotoxicologie, l’écologie microbienne, la métagénomique et la bioinformatique. L’objectif de ce travail consiste à étudier les signatures adaptatives de la résistance et de la résilience microbienne selon deux modèles. Le premier est environnemental (E) composé d’un bassin versant lacustre contaminé par des métaux lourds. Le deuxième modèle est hôte-associé (HA), constitué d’un système expérimental d’exposition de la Perchaude (Perca flavescens) au chlorure de cadmium selon deux régimes constant et graduel. Trois nouveautés résument les travaux de cette thèse de doctorat. Premièrement, le phénomène de découplage taxon-fonction a été démontré pour la première fois, dans le système E sous un gradient sélectif de pollution, et au sein du microbiote cutané dans le système HA durant sa période de résilience. Deuxièmement, des altérations significatives de la diversité taxonomiques et fonctionnelles mettent en évidence des signatures adaptatives du résistome et de l’érosion des fonctions métaboliques dans le système E. Quant au système HA, le stress métallique a augmenté la prévalence significative de souches pathogènes et des opportunistes avec une dysbiose cutanée de la perchaude accompagnée par une réduction de sa capacité de résistance à une colonisation bactérienne massive. Troisièmement, la modélisation de l’assemblage bactérien de microbiote du système HA montre des rôles confondus de l’ontogenèse et de la force de sélection durant la période de résistance. La persistance des effets à long terme de la sélection durant le stade de résilience a été expliquée par une augmentation inattendue de la bioaccumulation du cadmium dans les tissus hépatiques de l’hôte. En conclusion, nos travaux montrent que l’adaptation des répertoires métagénomiques peut être décelée par le phénomène de redondance fonctionnelle observée à l’échelle de découplage taxon-fonction, ce qui reflète potentiellement une stratégie adaptative par transfert horizontal de gènes partagés entre les communautés microbiennes environnementales sous perturbation graduelle. Dans le système HA, l’assemblage de microbiote montre un gradient de processus neutres et non neutres. Enfin, la dérive taxonomique serait une force écologique non négligeable plus importante dans le système environnemental que dans le système intestinal durant et après la perturbation. / Microbes or microorganisms are the primary producers of ecosystem services for biogeochemical cycles of the earth and biological systems. Xenobiotics mark a new anthropogenic era, "the Anthropocene," and they represent a source of artificial selection of the structure and composition of microbial biodiversity. As a result, anthropogenic disturbances are detrimental to microbial systems and induce adaptive changes or damage in their metagenomic repertories. During resistance and recovery, the ecological processes governing the assembly of microbial communities cannot be dissociated from those of microbial evolution. This work stems from the transdisciplinary intersection of ecotoxicology, microbial ecology, metagenomics and bioinformatics. The main goal is to understand the adaptive signatures of microbial resistance and resilience in two models. The first is environmental (E) composed of a lake-bound watershed contaminated by heavy metals. The second model is hostassociated (HA), consisting of an experimental system of perch (Perca flavescens) intoxicated with cadmium using two steady and gradual regimes. Three novelties summarize the work of this doctoral thesis. Firstly, the phenomenon of taxon-function decoupling has been demonstrated for the first time, in the E system under selective pollution gradient, and second, within the cutaneous microbiota in the HA system during its recovery stage. Third, the microbiota assembly modelling in the HA system suggested mixed effects of ontogenesis, and selective pressure during the period of resistance and recovery. The increase in cadmium bioaccumulation in liver tissues of perch can argue the persistence of the long-term effects of selection during the recovery stage. In conclusion, our work showed that the adaptation of microbial metagenomic repertories could be revealed through functional and taxonomic redundancy patterns observed at the scale of taxon-function decoupling. The gap between functional and taxonomic diversity reflects an adaptive strategy by horizontal gene transfer among environmental communities microbial under gradual disruption In the HA system, the microbiota assembly shows a gradient of neutral and non-neutral processes. Finally, the taxonomic drift is a significant ecological force, more effective in the environmental system than in the intestinal system during and after the disruption.

Les objectifs de ce travail étaient d'évaluer les effets de l'uranium appauvri (UA) ou enrichi (UE) et du césium 137 (137Cs) sur le métabolisme de la vitamine D au niveau du foie, du rein et du système nerveux central chez le rat. Une exposition chronique à de faibles doses d'UA ou de 137Cs diminue le taux de vitamines D active (1,25(OH)2D3) et entraîne des modifications moléculaires des enzymes de types cytochromes P450 (CYPs) impliqués dans ce métabolisme et des récepteurs nucléaires associés. Nous avons démontré qu'une contamination à l'UA et à l'UE affectent de la même manière l'expression de VDR (vitamin D receptor) et de RXRalpha (retinoic X receptor alpha) et par conséquent peuvent moduler l'expression des gènes cibles de la vitamine D impliqués dans le transport du calcium au niveau rénal (ecac 1, Epithelials Ca2+ channel 1 et cabp-d28k, Calbindin-D28K). Ces résultats suggèrent que ces effets sont dus à la toxicité chimique de l'uranium. A l'inverse, les principales cibles moléculaires du 137Cs sont les CYPs qui sont impliquées dans la biosynthèse de la vitamine D (CYP2R1, CYP27B1) au niveau du foie et du système nerveux

Ce rapport d'HDR présente les résultats de 10 ans de travaux basés sur l'utilisation de microcosmes lentiques de laboratoire en écotoxicologie aquatique et propose une analyse critique de cette approche en faisant ressortir ses avantages par rapport aux tests monospécifiques mais aussi ses limites (variabilité notamment)

Dans un contexte de lutte intégrée contre les moustiques, l'Entente Interdépartementale pour la Démoustication (E.I.D. Ain, Isère, Rhône, Savoie Rhône-Alpes s'est tournée vers une lutte totalement biologique (Bti) pour lutter contre les moustiques. Mon sujet de thèse s'inscrit dans la suite d'une collaboration scientifique constante depuis 40 ans entre l'E.I.D. et le laboratoire de recherche dans lequel j'ai effectué ma thèse. Cet organisme de gestion utilise le Bti depuis 20 ans. Et bien qu'à ce jour, aucune population de moustique ne soit apparue résistante au Bti, ce gestionnaire s'interroge sur la possibilité d'apparition de populations résistantes aux traitements insecticides. Des travaux antérieurs ont laissé supposer qu'il existait une différence de sensibilité des larves de moustiques aux insecticides en fonction de leur gîte d'origine, les larves originaires de gîtes herbacées étant moins tolérantes que celles provenant des gîtes arborescents. Il nous a semblé nécessaire de comprendre et ainsi de s'intéresser aux différents mécanismes de résistance des larves de moustiques pour permettre, demain, une lutte plus efficace contre cet insecte. Et nous nous intéresserons à la résistance à divers xénobiotiques alimentaires : du téméphos (insecticide organophosphoré) au Bacillus thuringiensis var. israelensis (Bti - bactério-insecticide) en passant par de la litière naturelle issue de la décomposition de feuilles dans les gîtes à moustiques se révélant toxique pour les larves. L'intérêt de cette thèse est double. D'un point de vue fondamental, la connaissance et la compréhension de la résistance (des enzymes impliquées aux facteurs environnementaux en passant par les gènes mis en jeu) stimulent mes recherches. Et d'un point de vue appliqué, il est nécessaire de mettre au point, enfin, un système de lutte efficace non polluant, qui passe par la compréhension globale des résistances. La démarche expérimentale utilisée dans ce travail est d'identifier les dysfonctionnements environnementaux sur le terrain, les analyser au laboratoire sur des espèces modèles (ici Aedes aegypti) les mécanismes à l'origine de ces perturbations, puis revenir sur le terrain pour confronter les résultats de laboratoire avec ceux obtenus in natura (ici Ochlerotatus cataphylla, Aedes rusticus). Ainsi cette étude va porter à la fois sur des espèces de terrain (Aedes rusticus, Ochlerotatus cataphylla, Culex pipiens ...) que sur des espèces de laboratoires (Aedes aegypti, Aedes albopictus ...). Pour comprendre les mécanismes de résistance mis en jeu par ce nuisant, nous avons travaillés à plusieurs niveaux d'études avec des études écotoxicologiques réalisées grâce à des études de terrain en collaboration avec l'E.I.D. (Entente Interdépartementale pour la Démoustication), des études biochimiques nous permettant de caractériser les enzymes de résistance mises en jeu, et des études génétiques et moléculaires pour approfondir ces mécanismes, en espérant trouver les gènes impliqués.

Les effluents industriels, agricoles et urbains, chargés en polluants divers, soumettent les écosystèmes marins côtiers à un risque écotoxicologique chronique. Depuis une vingtaine d'années, les effets toxiques des polluants sur le système immunitaire ont été étudiés chez tous les groupes écologiques, notamment chez les bivalves pour caractériser ce risque dans les écosystèmes aquatiques. Pour définir un cadre opérationnel de ces outils immunotoxicologiques, il a fallu d'abord étudier plusieurs questions méthodologiques. Ensuite, il convenait d'étudier l'impact des facteurs endogènes et environnementaux naturels sur le signal immunotoxique généré par un polluant. Dans le cadre d'une collaboration franco-québécoise, un suivi bisannuel, en France (Rade de Brest), chez la moule bleue, Mytilus edulis, et chez l'huître creuse, Crassostrea gigas, a permis de mettre en évidence le rôle critique du sexe et du cycle reproducteur sur les variations saisonnières des paramètres immunitaires, au détriment des paramètres naturels de la colonne d'eau. En parallèle, des séries d'expositions « in tubo » de moules bleues, au Québec, à deux saisons différentes a également mis en évidence le rôle critique du sexe et du cycle reproducteur dans la mesure du signal immunotoxique des xénobiotiques, mais surtout dans la sensibilité immunotoxique. En conclusion, cette recherche a permis de créer un cadre opérationnel d'utilisation des biomarqueurs immunotoxicologiques, pour l'évaluation du risque chimique dans les milieux marins côtiers. Mais ils ont également démontré l'importance capitale des facteurs confondants étudiés pour évaluer, au plus juste, le danger des substances chimiques.

La contamination des milieux aquatiques urbains se caractérise aujourd'hui par un mélange de micropolluants d'origines et de types variés. Les conséquences de ce type de contamination, multiples mais faibles et chroniques, sur les écosystèmes aquatiques sont difficiles à évaluer. En effet, il est difficile d'une part de dresser un état des lieux précis de la contamination et d'autre part, de relier cette contamination à la réponse biologique des organismes exposés puisqu'elle n'engendre pas nécessairement des effets visibles et immédiats. Cette étude a pour objectif de développer une méthodologie permettant d'utiliser le périphyton pour évaluer l'impact d'une contamination urbaine typique. Les biofilms sont des communautés aquatiques complexes jouant un rôle primordial dans le fonctionnement des écosystèmes aquatiques. Leur réponse biologique à une perturbation peut s'évaluer au niveau structurel comme au niveau fonctionnel. Une première étape de ce travail a consisté à développer d'une part un test de toxicité aiguë permettant d'évaluer la tolérance de la composante hétérotrophe des biofilms selon le concept PICT, et d'autre part l'utilisation de la technique d'empreinte génétique ARISA pour évaluer des modifications de structure des communautés bactériennes et eucaryotes des biofilms. Les méthodologies développées ont ensuite été testées au laboratoire par des expositions de périphyton à des métaux à des concentrations environnementales. Par la suite, elles ont pu être déployées in situ : d'abord dans un gradient de contamination multi-métallique sur la Seine avec des prélèvements ponctuels de biofilms naturels ainsi qu'une expérience de transposition (amont/aval de l'agglomération parisienne). Enfin, le lien entre la tolérance du périphyton et la contamination métallique globale du milieu a été exploré à l'échelle d'un bassin versant. Les résultats sont prometteurs quant à l'utilisation du périphyton pour évaluer l'impact d'une contamination urbaine / Urban aquatic ecosystems are these days contaminated by mixtures of micropollutants of diverse types and origins. Such contaminations, which are multiple, chronic and non-lethal, raise increasing concern among the scientific community. Indeed, a precise evaluation of exposure levels is difficult to obtain. Moreover, establishing a causal link between contamination and the induced biological response of aquatic organisms is complex as no direct and visible effects can be observed. The aim of this study is to develop a methodology for the use of periphyton as a biomarker of urban pollution. Biofilms are complex aquatic communities and play an important role in aquatic ecosystems. Their response to a disruption can be assessed both in terms of structure or functional modifications. Our first step was to develop both a PICT approach with a new short-term toxicity test to measure the tolerance to metal of the heterotrophic component of biofilms and the use of a fingerprinting technique (ARISA) to reveal structure modifications of both bacterial and eukaryotic communities. The methodologies thus developed were tested in a microcosm study by exposing periphyton to metals at environmental levels. They were then used in field studies: first in a multi-metallic gradient along the Seine river by punctual sampling of natural periphyton and also in a translocation study (upstream/downstream the Paris urban area). Furthermore, the link between biofilm tolerance levels and the global metallic contamination was explored at the watershed scale. It is hoped that the future use of this approach will help to understand the impacts of human activities, especially toxic pressure, on aquatic ecosystems

Sur les 10500 t d'antibiotiques consommés en Europe chaque année, la moitié sont à usage vétérinaire. Ceux utilisés en pisciculture dulçaquicole sont généralement administrés aux poissons via un aliment distribué directement dans les bassins d'élevage. Leur devenir et leurs effets dans l'environnement aquatique notamment pour l'acide oxolinique (AO), la fluméquine (FLU) et l'oxytétracycline (OTC) suscitent donc un intérêt grandissant. L'objectif de cette thèse est d'étudier le devenir de ces trois antibiotiques dans l'eau, les sédiments et les bryophytes dulçaquicoles. La démarche a été de mettre au point et de valider des méthodes de dosage originales, sensibles, fidèles et précises dans les sédiments et les bryophytes afin de réaliser des études expérimentales finalement validées sur le terrain. Les études de stabilité dans l'eau indiquent que l'AO et la FLU ne sont pas sensibles aux phénomènes d'hydrolyse et de biodégradation et sont peu sensibles à la lumière alors que l'OTC est biodégradable, photosensible et hydrolysable. Une approche intégrant les caractéristiques physico-chimiques sédimentaires met en évidence l'influence de la fraction organique et de la nature minérale de la fraction argileuse des sédiments sur les phénomènes d'adsorption, de désorption et de dégradation de ces antibiotiques. Expérimentalement, Fontinalis antipyretica s'est révélé être un excellent bioaccumulateur des trois antibiotiques. Des études sur l'Elorn (Finistère, France) montrent son intérêt comme espèce sentinelle, notamment pour l'OTC. Des concentrations élevées en FLU, OTC et plus faibles en AO sont relevées à la fois dans les bryophytes et les sédiments. L'utilisation de mousses transférées a prouvé que cette contamination de l'environnement ne provient pas seulement des piscicultures. La stabilité et les concentrations des trois antibiotiques dans l'environnement dulçaquicole posent donc de réelles interrogations quant au risque écotoxicologique qu'ils représentent.

L'importance de la matière organique dans les milieux aquatiques naturels est évaluée et modélisée de différentes manières, depuis le milieu océanique côtier aux rejets urbains en eau douce.

La contamination des milieux aquatiques urbains se caractérise aujourd'hui par un mélange de micropolluants d'origines et de types variés. Les conséquences de ce type de contamination, multiples mais faibles et chroniques, sur les écosystèmes aquatiques sont difficiles à évaluer. En effet, il est difficile d'une part de dresser un état des lieux précis de la contamination et d'autre part, de relier cette contamination à la réponse biologique des organismes exposés puisqu'elle n'engendre pas nécessairement des effets visibles et immédiats. Cette étude a pour objectif de développer une méthodologie permettant d'utiliser le périphyton pour évaluer l'impact d'une contamination urbaine typique. Les biofilms sont des communautés aquatiques complexes jouant un rôle primordial dans le fonctionnement des écosystèmes aquatiques. Leur réponse biologique à une perturbation peut s'évaluer au niveau structurel comme au niveau fonctionnel. Une première étape de ce travail a consisté à développer d'une part un test de toxicité aiguë permettant d'évaluer la tolérance de la composante hétérotrophe des biofilms selon le concept PICT, et d'autre part l'utilisation de la technique d'empreinte génétique ARISA pour évaluer des modifications de structure des communautés bactériennes et eucaryotes des biofilms. Les méthodologies développées ont ensuite été testées au laboratoire par des expositions de périphyton à des métaux à des concentrations environnementales. Par la suite, elles ont pu être déployées in situ : d'abord dans un gradient de contamination multi-métallique sur la Seine avec des prélèvements ponctuels de biofilms naturels ainsi qu'une expérience de transposition (amont/aval de l'agglomération parisienne). Enfin, le lien entre la tolérance du périphyton et la contamination métallique globale du milieu a été exploré à l'échelle d'un bassin versant. Les résultats sont prometteurs quant à l'utilisation du périphyton pour évaluer l'impact d'une contamination urbaine