Evaluation of biological effects of chemical contaminants on juvenile marine fish : a multibiomarqueur approach under laboratory and field conditions
Évaluation des effets biologiques des contaminants chimiques sur les juvéniles de poissons marins : approche multibiomarqueur en conditions expérimentales et in situ
Résumé
Evaluation of pollutant effects in environment is one of the major issues of the European Water Framework Directive 2000. Regulations have particularly the objective to reach to a good chemical and ecological status of water bodies. In this context, the aim of our study was to develop a multibiomarker approach on juvenile marine fish in order to evaluate the biological effects of chemical pollution in coastal areas. Molecular detoxification parameters (EROD, GST) and an antioxidant enzyme (CAT) were used as early warning tools of toxicity allowing the prevention of irreversible damages. In parallel, different physiological biomarkers (somatic and recent growth, RNA:DNA ratio, morphometric and lipidic indices) were analysed as reflecting damages on juveniles health. Sensitivity and relevance of molecular and physiological biomarkers were tested experimentally on juvenile : i) sea bass exposed to acute petroleum pollution, ii) sea bass and turbot submitted to a mix of contaminants in environmental concentrations during controlled and semi-controlled (caging) conditions. Our results show the ability of EROD, and in lower degree the GST, to detect short exposure (2 and 4 days) of organisms to petroleum and to reflect their deleterious effects on fish health. This relationship between molecular and physiological biomarkers was more difficultly established under multiple pollutions. Growth and condition indices were found to be more sensitive to the different levels of chemical contamination analysed (metal, PAHs). Their analyses allowed us to evaluate the weakened condition of organisms caged in the harbour area during 38 days. This caging experiment was relevant especially for juvenile sea bass in which no physiological stress was detected in the reference station. Deleterious effects of chemical contaminant on turbot juvenile health were also observed in controlled condition after 21 days exposure to the same harbour sediments and to an estuarine sediment. In complement to these experiments, a field study was realized on juvenile flounders sampled in some estuaries along the French and Belgium coast. A decrease of morphometric and lipidic indices were found in juvenile flounders from the three anthropogenic estuaries showing the highest metal bioconcentrations compared to the reference estuary. Results from these different studies showed the potentiality of growth and condition indices to reflect biological effects of chemical contaminants on juvenile marine fish. However, their use could be limited by their lower specificity to pollutant than parameters involved in detoxification. These works show therefore the need to use biomarkers at different level of biological organization in biomonitoring programs.
L’évaluation de l’impact des polluants dans l’environnement est une des préoccupations majeures qui s’inscrit dans la Directive Européenne Cadre Eau 2000. Les réglementations préconisées ont notamment pour objectif de parvenir au bon état chimique et écologique des masses d’eau. Dans ce contexte, notre étude a consisté à développer une approche multibiomarqueur sur des juvéniles de poisson afin d’évaluer les effets biologiques de la pollution chimique en milieu littoral. Des paramètres moléculaires de détoxification (EROD, GST) et une enzyme antioxydante (CAT) ont été utilisés en tant que «système d’alarme » susceptibles de détecter une perturbation avant l’apparition de signes pathologiques irréversibles. En parallèle, différents biomarqueurs physiologiques (croissance somatique et récente, rapport ARN/ADN, indices morphométrique et lipidique) ont été analysés en considérant que ceux-ci pourraient révéler les dommages induit par les polluants sur l’état de santé des juvéniles. La sensibilité et la pertinence des biomarqueurs moléculaires et physiologiques ont été testés expérimentalement sur des juvéniles : i) de bar exposés à une pollution aigüe de pétrole, ii) de bar et de turbot soumis à des mélanges de contaminants en concentrations environnementales en conditions contrôlée et semi-contrôlée (« caging »). Nos résultats montrent la capacité de l’EROD, et à un degré moindre de la GST, à détecter une exposition courte (2 et 4 jours) des organismes au pétrole et à refléter ses effets délétères sur leur état de santé. Cette relation entre biomarqueurs moléculaires et physiologiques a par contre été plus difficilement établie dans un contexte de pollution multiple. Les indices de croissance et de condition utilisés se sont avérés plus sensibles aux différents niveaux de contamination analysés (métaux et HAPs). Leur utilisation a permis d’évaluer la condition affaiblie des organismes mis en cage en milieu portuaire pendant 38 jours. Cette expérience de « caging » s’est révélée concluante, notamment pour les juvéniles de bar, sur lesquels aucun stress physiologique de la mise en cage n’a été détecté dans la station de référence. Les effets délétères des contaminants chimiques sur l’état de santé des juvéniles de turbot ont également été observés en condition contrôlée après exposition de 21 jours aux mêmes sédiments portuaires et à un sédiment estuarien. En complément de ces expériences, une étude de terrain a été réalisée sur des juvéniles de flet prélevés dans des estuaires le long de la côte française et belge. Une diminution des indices morphométrique et lipidique des juvéniles de flet, issu des trois estuaires anthropisés, a été observée en relation avec des bioconcentrations en métaux plus élevées que l’estuaire de référence. Les résultats issus de ces différentes études montrent la potentialité des indices de croissance et de condition à révéler les effets biologiques des contaminants chimiques sur les juvéniles de poissons marins. Cependant, leur spécificité vis à vis des polluants étant plus faible que les paramètres de détoxification, leur utilisation peut être limitée. Ces travaux montrent ainsi le besoin d’utiliser des biomarqueurs à différents niveaux d’organisation biologique dans les programmes de biosurveillance.
Origine : Version validée par le jury (STAR)