Les efflorescences de cyanobactéries sont susceptibles d’avoir des effets néfastes sur les organismes des écosystèmes aquatiques, ainsi que sur les populations environnantes, notamment à travers la production de nombreuses molécules potentiellement toxiques (appelées cyanotoxines). Jusqu'à présent, une des cyanotoxines les plus étudiées est la microcystine (MC). Cette thèse a pour objectif d’évaluer la toxicité potentielle sur la reproduction de la MC-LR et de l'extrait d'une souche de Microcystis productrice de MCs en étudiant leurs effets toxiques sur le foie et les gonades de poissons medaka adultes exposés de manière aiguë ou chronique.Une étude complète du foie des poissons médaka deux sexes a été menés par ailleurs, attestant d'un fort dimorphisme sexuel aussi bien au niveau cellulaire que moléculaire et souligne les importantes spécificités métaboliques du foie entre les deux sexes, notamment pour le maintien de la compétence de reproduction chez les poissons medaka adultes femelles.Dans l'étude des effets induits par une exposition aiguë, les poissons medaka adultes ont été exposés par gavage à 10 μg.g-1 bw de MC-LR pure pendant 1 heure. L'examen histologique et l'immunolocalisation des MCs du foie de poisson traité par la MC-LR ont révélé des lésions hépatiques sévères ainsi qu'une distribution intense de la MC-LR dans le foie, localisée particulièrement dans le cytoplasme et dans le noyau des hépatocytes. Dans la gonade des poissons traités, la MC-LR a été détectée dans les tissus conjonctifs de l'ovaire et des testicules. De plus, l’observation par microscopie électronique couplé à la technique d’immunogold a révélé, pour la première fois, que la MC-LR était également détectable dans le chorion, le cytoplasme et le vitellus des ovocytes matures.Au cours des études des effets induits par l’exposition chronique, les poissons medaka adultes ont été exposés durant 28 jours par balnéation à 1 et 5 μg.L-1 de MC-LR et à un extrait de la souche de Microcystis aeruginosa (PCC 7820) productrice de microcystines (5 μg.L-1 équivalent MC-LR). Ces résultats ont révélé que la MC-LR et l'extrait de Microcystis induisent des effets délétères sur différents paramètres de reproduction, tels la fécondité et le taux d’éclosion des embryons. La cause principale de ces perturbations de la reproduction semblent principalement résulté d’un dysfonction hépatique globale induite par les traitements aux MCs (hépatotoxiques, notoires), plutôt qu’à des effets directs sur les gonades. Dans l'ensemble, les résultats de cette thèse démontrent que même si les microcystines pourraient avoir un impact direct, mais modéré, sur la fonction gonadique en induisant une cytotoxicité dans les cellules somatiques gonadiques et les cellules reproductrices, elle semble avoir principalement avoir un impact indirect sur la fonction reproductrice en perturbant la fonction hépatique générale. Ces données améliorent notre compréhension des processus liés à la toxicité potentielle des cyanotoxines pour la reproduction chez un poisson modèle, et fait d’une manière générale progresser questionnement quant à la protection des populations exposées à ces cyanotoxines. / Cyanobacterial blooms threaten human health as well as other living organisms of the aquatic environment, particularly due to the production of natural toxic components (called cyanotoxins). So far, one of the most studied cyanotoxins is the microcystin (MC). This thesis evaluated the potential reproductive toxicity of MC-LR and the extract of one Microcystis strain (MC-producing) by investigating their toxic effects on the liver and gonad of adult medaka fish with one acute and one chronic study.An investigation of the metabolic specificities of the liver in two genders of medaka fish was performed prior to the MC-containing exposure, which attests to a strong sexual dimorphism of medaka liver, and highlights the importance of metabolic adjustments of the liver for maintaining the reproductive competency in adult medaka fish.In the acute study, adult medaka fish were administered with 10 μg.g-1 bw of pure MC-LR for 1 hour by gavage. The histological examination and immunolocalization of the MC-treated fish liver revealed a severe liver lesion along with an intense distribution of MC-LR in the liver, being particularly localized in the cytoplasm and nucleus of hepatocytes. In the gonad of MC-treated fish, MC-LR was shown to be present in the connective tissue of ovary and testis. Additionally, immunogold electron microscopy, for the first time, revealed that MC-LR was also localized in the chorion, cytoplasm and yolk vesicles of oocytes.Overall, the results of this thesis demonstrates that MC might directly impact gonadal function by inducing cytotoxicity in gonadal somatic cells and reproductive cells, and it could also impact the reproductive function indirectly by disturbing the general liver function. This improves our understanding of the potential reproductive toxicity of cyanotoxins in model fish, and advances our current knowledge on the protection of aquatic organism populations as well as human health from cyanotoxin issues.

Cyanobakterien bilden zahlreiche bioaktive Substanzen mit zum Teil humantoxischer Relevanz. Nicht selten spielen dabei zyklische Peptide, zu denen unter anderem die Microcystine (MCYST) gehören, eine Schlüsselrolle. MCYST werden u.a. von Microcystis KÜTZING EX LEMMERMANN 1907 gebildet. Erkenntnisse zur ökophysiologischen Funktion der MCYST, die zweifelsfrei bei den Produzenten selbst zu suchen ist, liegen bisher kaum vor. Mit Hilfe von Freilanduntersuchungen sollten im Rahmen der vorliegenden Arbeit Kenntnisse zu einer möglichen ökologischen Funktion der MCYST erweitert und vertieft werden. Grundlage stellte dabei die Phänologie von Microcystis als einer der bedeutendsten limnischen MCYST-Produzenten dar. Microcystis zeigt im Freiland einen charakteristischen annuellen Lebenszyklus mit benthisch-pelagischer Kopplung. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die phänologischen Phasen des Lebenszyklus von Microcystis im Freiland zu differenzieren sowie die Dynamik der MCYST während dieser Phasen kompartimentübergreifend gesamtheitlich zu erfassen. Über eine MCYST-Massenbilanzierung sollen anschließend die dem annuellen Zyklus zugrundeliegenden Teilprozesse quantifiziert und zusammengeführt werden. Vordergründiges Anliegen war es, Phasen einzugrenzen, bei denen MCYST möglicherweise eine ökophysiologische Funktion haben könnte. Der annuelle Lebenszyklus von Microcystis wurde anhand von Biomasseänderungen am Sediment und im Pelagial der TS Quitzdorf in die phänologischen Phasen Überwinterung, Reinvasion, pelagisches Wachstum und Sedimentation unterteilt: Intakte, im Herbst aus dem Freiwasser aussedimentierte, Microcystis-Kolonien überwintern am Sediment und steigen im Frühjahr und Frühsommer zurück ins Freiwasser auf. Dort erfolgt der Wachstumsprozess, dem sich im darauffolgenden Herbst erneut ein Zusammenbruch und die Sedimentation der Freiwassergemeinschaft anschließt. Die benthisch-pelagische Kopplung wirkt dabei als interannuelles Bindeglied. Zwischen dem annuellen Lebenszyklus von Microcystis und der MCYST-Dynamik wurde eine enge Bindung nachgewiesen: Änderungen der absoluten MCYST-Konzentrationen während der Übergangsphasen Aufstieg (Frühjahr) und Sedimentation (Herbst) zeigen, dass MCYST mit den aufsteigenden bzw. aussedimentierenden Microcystis-Kolonien aus dem bzw. in das Sediment ‚transportiert’ werden. Ausschließlich während der pelagischen Phase, die sich dem Reinvasionsprozess anschließt, kommt es in Abhängigkeit vom Wachstum der Produzenten und deren Sukzession zur Neubildung von MCYST. Während den Wintermonaten wurden MCYST am Sediment intrazellulär ‚konserviert’. Der Verlauf der pelagischen MCYST-Konzentration wurde mit Hilfe eines Wachstumsmodells nachgebildet. In dieses Modell wurde die genetische Variabilität der MCYST-Produzenten sowie eine mögliche physiologische Steuerung der MCYST-Synthese über die Verfügbarkeit des anorganischen Kohlenstoffs integriert. Der prinzipielle Verlauf zeigte dabei weitestgehend Koinzidenz zwischen den real gemessenen und den simulierten MCYST-Konzentrationswerten. Abweichungen zwischen beiden konnten mit Hilfe des gesamtheitlich kompartimentübergreifenden MCYST-Bilanzierungsansatzes – in erster Linie über benthisch-pelagische Kopplungsprozesse – plausibel erklärt werden. Der Habitatwechsel ist für Microcystis prinzipiell mit Verlusten (Seneszenz/Lyse oder möglicherweise Apoptose) verbunden, sowohl für MCYST-Produzenten und Nichtproduzenten. Die auffallende Stabilität der benthischen MCYST-Zellquote während der Überwinterung gibt Grund zur Annahme, dass eine Funktion von MCYST am/im Sediment eher unwahrscheinlich ist. Da MCYST über derart lange Zeiträume am Sediment intrazellulär ‚konserviert’ werden, ist eine Bedeutung der MCYST während der Reinvasionsphase und in der frühen pelagischen Phase nicht auszuschließen. Im Speziellen wurde eine mögliche ökologische Funktion von MCYST in Zusammenhang mit der Variation der Koloniegröße bzw. dem epiphytischen Bewuchs von Microcystis-Kolonien mit Pseudanabaena mucicola geprüft: Aus dem Zusammenhang zwischen extra-/intrazellulärer MCYST-Konzentration und der Microcystis-Koloniegrößenverteilung waren keine konsistenten Schlussfolgerungen abzuleiten, welche auf eine Steuerung der Koloniebildung durch MCYST deuten. Vor dem Hintergrund, dass MCYST keinen nachweislich allelopathischen Effekt auf den Epibionten Pseudanabaena mucicola ausüben, wurde postuliert, dass zwischen dem beobachteten epiphytischen Besiedlungs-/Verteilungsmuster und der MCYST-Produktion ein indirekter Zusammenhang besteht, welcher die zeitweise Einnischung von Pseudanabaena mucicola auf Microcystis-Kolonien ermöglicht. Die Ergebnisse der vorliegenden Untersuchung lassen weder unmittelbar noch mittelbar eine Variabilität der ökophysiologischen Bedeutung von MCYST, die im Zusammenhang mit der raum-zeitlichen Verteilung potentieller Produzenten steht, erkennen. Eine divergierende Funktion der MCYST auf intra- bzw. extrazellulärer Ebene kann nicht zwingend ausgeschlossen werden. Die Mehrzahl der aus der MCYST-Phänologie und MCYST-Bilanzierung abzuleitenden Schlussfolgerungen deutet allerdings eher auf eine Funktion auf (intra-)zellulärer Ebene hin, wie etwa die Effizienzsteigerung des Kohlenstoffmetabolismus (d.h. der intrazellulä-ren Akkumulation anorganischen Kohlenstoffs) während der pelagischen (Wachstums-)Phase der Produzenten.

We evaluated the effect of cyanobacterial crude extracts containing microcystin (CCEMC+) from a natural bloom on seed germination and initial development of three economically important legume species: green mung bean Vigna radiata, cowpea Vigna cylindrical and red mung bean Vigna angularis and compared it to crude extracts of cyanobacteria without the toxin (CCEMC–). Results showed that CCEMC+ and CCEMC– caused different effects on seed germination and initial development of the three species. There was a clear inhibition on germination and root growth of the green mung bean exposed to the CCEMC+ (20, 200 and 500 μg/L), indicating that the green mung bean being more sensitive to CCEMC+ when compared to the cowpea and red mung bean. CCEMC+ induced a greater occurrence of abnormal seedlings in the green mung bean, duce to inhibition the germination as well as reduction of fresh weight and root length. The CCEMC– extract caused no harmful effects to germination and seedlings growth of the green mung bean and red mung bean. However, it reduced shoot and root length in cowpea bean, suggesting that the cowpea being more sensitive to both extracts. Our results indicated that the sensitivity in germination and root growth of the green mung bean V. radiata could be used as an indicator to evaluate the toxic effect and monitor the toxin concentration of water contaminated with microcystins. / Nghiên cứu này khảo sát và so sánh các tác động bất lợi của ly trích vi khuẩn lam có chứa và không chứa độc tố lên sự nẩy mầm và sự phát triển ở giai đoạn đầu của ba loại cây họ đậu gồm đậu xanh Vigna radiata, đậu đỏ Vigna angularis và đậu đen Vigna cylindrical. Kết quả cho thấy hai loại ly trích gây ra các tác động khác nhau lên ba loại cây đậu thí nghiệm. Ly trích vi khuẩn lam có chứa độc tố ở nồng độ 20, 200 và 500 μg/L ngăn chặn đáng kể sự nẩy mầm và sự phát triển rể ở đậu xanh. Cả hai loại ly trích có chứa và không chứa độc tố đều ngăn chặn sự nẩy mầm và sự phát triển rể ở đậu đen. Ngược lại ly trích vi khuẩn lam có chứa độc tố ở nồng độ 500 μg/L lại kích thích chiều dài rể, thân mầm và trọng lượng tươi ở đậu đỏ. Kết quả cho thấy đậu đen khá nhạy cảm với cả hai loại ly trích có chứa và không chứa độc tố, trong khi đó đậu xanh nhạy cảm hơn với ly trích có chứa độc tố. Tính nhạy cảm của các loại cây họ đậu khi phơi nhiễm với ly trích vi khuẩn lam có thể được sử dụng để chỉ thị cho sự ô nhiễm và quan trắc độc tố vi khuẩn lam trong môi trường.

<p>U ovom radu je ispitivan uticaj Antitoksičnognutritiva(ATN), preparata na bazi prirodnih aluminosilikata,na biohemijske, fiziolo&scaron;ke, tehnolo&scaron;ke i proizvodne parametre uzgoja pilića. ATN je sme&scaron;a zeolita klinoptilolita, gline monmorilonita i male količine aktivnog uglja. Dodatak ovog preparata u hranivo za piliće u količini od 5 g/kg nije izazvao promene u normalnoj biohemijskoj i fiziolo&scaron;koj homeostazi životinja. Hematolo&scaron;ki parametri, koncentracija metabolita, elektrolita i aktivnost enzima seruma i jetre je bila u granicama referentnih vrednosti. ATN ne utiče na prirast životinja, ni na konverziju hrane, ali dovodi do povećanja relativnih masa pojedinih organa digestivnog trakta.</p><p>Uočava se da dodatkom ATN-a u hranivo dolazi do smanjenja količine masti a povećanja količine proteina u belom mesu. ATN takođe povećava i sadržaj pepela u<br />belom i crvenom mesu.</p><p>Akutni ili hronični tronedeljni oralni unos pojedinih toksikanata (mikotoksina aflatoksina B1i ohratoksina A, herbicida parakvata, jona olova ili toksina<br />cijanobakterija-mikrocistisa) dovodi do poremećaja normalne biohemijske i fiziolo&scaron;ke homeostaze pojedinih organa i tkiva pilića, &scaron;to je utvrđeno na osnovu rezultata hematolo&scaron;kih i biohemijskih analiza, određivanja enzima antioksidativne za&scaron;tite i lipidne&nbsp;<br />peroksidacije, kao i odredjivanja parametara uzgoja i težine organa. ATN, dodat u hranu u količini od 5 g/kg, mogao da bude dobar protektivni agens za delovanje aflatoksina, parakvata, jona te&scaron;kih metala i mikrocistisa, ali ne i ohratoksina.</p> / <p>This study investigated the effects of dietary supplementation with hydrated aluminosilicate (Antitoxic Nutrient-ATN), based on zeolitic ore (clinoptilolite), clay bentonite (montmorillonite),and small amounts of activated charcoal, on&nbsp; performance, hematological, serum, and liver biochemical parameters, as well as organ weights and meat quality in broiler chickens. The dietary addition of ATN has&nbsp; no adverse effects on serum and liver biochemical parameters and does not affect the normal physiological homeostasis of animals. However, the results of this study demonstrate that supplementation with 5 g/kg of ATN influenced organ weights, and chemical composition of broiler chicken meat.</p><p>This study also evaluated the effectiveness of ATN to protect broilers from adverse effects of five different toxic substances (mycotoxins aflatoxin B1, and ochratoxin A, herbicide paraquat, heavy metal ions supplied as lead-acetate, and microcystis, toxin of cyanobacteria). Toxic substances induced oxidative stress and disturb normal biochemical and physiological homeostasis of different tissues and organs in poultry. The results from this study demonstrate that the biochemical variables of serum, liver, kidney, lung and other organs were negatively affected by all five toxic substances. The additionof 5 g/kg of ATN was protective against aflatoxin B1, lead-acetate, paraquat and microcystis, but not against ochratoxin A.</p>