Présentation des axes du GdR

Axe 4

Evaluation toxicologique et toxicité potentielle à l échelle individuelle et populationnelle

Coordinateurs : Anne Thébault, Valérie Fessard, Romulo Araoz, Jordi Molgo

Equipes impliquées: ANSES-DER ; ANSES-Laboratoire de Fougères; CNRS-Gif-Sur-Yvette

 

1. Evaluation toxicologique

 

L’homme est exposé aux phycotoxines essentiellement par voie orale par la consommation de fruits de mer ou de poissons contaminés et par inhalation via les aérosols générés sur les plages. L’exposition par ingestion à de diverses toxines est rapportée sur l’ensemble du territoire français y compris départements et territoires d’Outre-Mer. Par contre, les expositions par inhalation sont concentrées sur la zone Méditerranéenne avec la présence d’une microalgue Ostreopsis ovata produisant des toxines de type palytoxine et ovatoxines. Afin d’élucider l’agent responsable des symptômes respiratoires répertoriés, des expériences toxicologiques in vitro et in vivo sont nécessaires pour tester la potentialité des toxines produites par O. ovata purifiées ainsi que des extraits de cultures ou d’efflorescences. Pour cela, les réponses inflammatoires (dosages de cytokines,…) ainsi que d’autres marqueurs devront être mesurées in vitrosur des modèles cellulaires de l’épithélium pulmonaire et in vivo après instillation à des rongeurs. Comme ces toxines peuvent également s’accumuler dans certains fruits de mer et être ingérées, leurs effets par voie orale nécessitent également d’être investigués.

L’ensemble des modes d’action des différentes phycotoxines lipophiles n’a pas encore été entièrement déterminé. Il faut donc poursuivre les études mécanistiques par des approches dirigées ou non ciblées comme les techniques omiques.

L’investigation du potentiel toxique avec la détermination de Toxicity Equivalent Factors (TEFs) permettra d’associer les données de concentration des dérivés majeurs présents dans les fruits de mer à leur toxicité intrinsèque pour déterminer une concentration de phycotoxines reflétant la toxicité globale. Cette approche doit également être établie pour les toxines émergentes, spirolides et pinnatoxines, qui appartiennent à la famille des imines cycliques. Cette vaste famille est constituée par les gymnodimines, les spirolides, les pinnatoxines, les pteriatoxines, les prorocentrolides et par la spiro-prorocentrimine. Ce sont de neurotoxines à action rapide provoquant la mort des souris par paralysie respiratoire 3 à 5 min après injection intra péritonéale à dose létale. Karenia selliformis, Alexandrium ostenfeldii et Vulcanodinium rugosum, dinoflagellés producteurs de gymnodimines, spirolides et pinnatoxines, respectivement, ont été détectés sur les côtes françaises. 

Nous avons établi que la gymnodimine A, le 13-desmethyl spirolide C et les pinnatoxines A et G sont des puissants antagonistes des récepteurs nicotiniques de l'acétylcholine (RnACh) de type musculaire et neuronal, avec des affinités de l’ordre du picomolaire et du nanomolaire, ce qui explique l’action létale rapide chez la souris. Les RnACh de type musculaire constituent des cibles de choix car ils régulent des fonctions vitales, telles que la respiration et la contraction musculaire. Les RnACh de type neuronal modulent la sécrétion des neurotransmetteurs dans les systèmes nerveux central et périphérique et interviennent dans de nombreuses fonctions cérébrales comme la mémoire, l’apprentissage et la plasticité neuronale. Un déficit de ces récepteurs est d’ailleurs observé dans plusieurs maladies neurologiques et psychiatriques, notamment dans les maladies de Parkinson et d'Alzheimer.

Faute de cas mortels par intoxication aiguë,  les imines cycliques ne sont pas régulées par les autorités sanitaires alors que l’exposition chronique à ces toxines présente un risque potentiel pour la Santé Publique en raison de leur forte affinité pour les RnACh de type neuronal impliqués dans des maladies neuro-dégénératives. Des études visant à déterminer le mécanisme d’action et les affinités propres aux dérivés de la famille des imines cycliques sont nécessaires. Ces recherches participent également à une meilleure connaissance de la pharmacologie des RnACh de type neuronal et au développement de nouveaux agents thérapeutiques.

Pour la détection de neurotoxines agissant sur les RnACh, nous avons mis au point une méthode colorimétrique en microplaques basée sur l’utilisation de membranes purifiées de l’organe électrique de torpille (Torpedo marmorata) et de l’a-bungarotoxine biotynilée comme traceur. Ce test permet la détection et la quantification des toxines cholinergiques présentes dans des organismes producteurs (i.e. phytoplancton), dans des produits naturels contaminés (i.e. mollusques, poissons) et dans des échantillons d'eaux. Avantageusement, les ligands nicotiniques ayant été immobilisés par les RnACh peuvent être élués et concentrés permettant un couplage rapide avec la spectrométrie de masse pour leur identification chimique.

Les autres phycotoxines lipophiles présentent plutôt des effets toxiques au niveau intestinal ou systémique. Ceux-ci peuvent être investigués à l’aide  de différents marqueurs (cytotoxicité, stress oxydant, inflammation, prolifération,…) mesurés par une approche originale multi-paramétrique d’analyse d’images (High Content Screening) sur des modèles cellulaires humains. Afin d’estimer si ces toxines peuvent facilement atteindre des organes internes, il est nécessaire de réaliser des études cinétiques pour quantifier le passage de la barrière intestinale et déterminer les mécanismes mis en jeu.

Enfin, les phycotoxines peuvent être également présentes dans les fruits de mer sous forme de dérivés produits lors de la métabolisation. Ainsi, les imines cycliques peuvent s’accumuler sous la forme de dérivés acylés. Cependant, l’effet de ces modifications sur la toxicité des composés n’est pas ou peu recherché. Cette problématique est pourtant essentielle car le consommateur est exposé à ces dérivés. De même, les phycotoxines sont souvent retrouvées sous forme de mélanges alors que les effets cocktails restent méconnus. Les travaux de recherche devraient donc aussi s’orienter vers la détermination des effets synergiques ou inhibiteurs potentiels des toxines majoritaires retrouvées en association.

 

2. Modélisation mathématique du risque potentiel pour la population humaine dans certaines situations théoriques

 

L’OMS reconnaît l’utilité de l’Appréciation Quantitative des Risques pour l’aide à la décision dans le domaine de l’eau potable et la FAO dans le domaine alimentaire (OMS, 2004 ; FAO, 2000). L’évaluation quantitative des risques vise à partir d’un niveau de contamination donnée et d’une exposition humaine quantifiée (comme la consommation de coquillages) à définir la probabilité d’un évènement indésirable pour un individu ou pour une population humaine.

Si ce niveau de contamination est variable (dans le temps ou l’espace) et si l’exposition est variable (différence de consommation), il existera une variabilité de cette probabilité (risque) entre les individus d’une même population. A un autre niveau, si on prend en considération l’incertitude de mesure du niveau de contamination le risque est variable et incertain. De même si le lien entre l’indicateur (si la toxine n’est pas mesurée directement) et le trouble de santé n’est pas fortement corrélé, l’incertitude sur ce lien doit être exprimée dans le résultat. La variabilité et l'incertitude sont donc pris en compte de façon séparée lors de l'évaluation quantitative des risques sanitaires, permettant au moins théoriquement de différencier : l’exposition moyenne de la population générale et quantile de la population exposée à un risque élevé (ou très élevé) et le manque de connaissance pouvant être apporté par des activités de recherche. Ainsi au fur et à mesure de l’apport de connaissances, les estimations théoriques peuvent être plus précises.

La modélisation permet d’évaluer l’effet potentiel de telle ou telle situation potentielle sur la santé qui ne peut pas être observé ni testé dans la réalité (certaines pouvant être plus dangereuses que d’autres pour les individus). La modélisation de différentes situations de contamination et gestion du risque VHA dans les coquillages en milieu marin a déjà fait l’objet d’une publication (Thebault et al., 2012), mais pas pour les phycotoxines.

La modélisation repose sur l’estimation de ces paramètres des observations et des connaissances scientifiques. Elle permet de mieux appréhender ce qui se passerait pour d’autres situations ou d’autres hypothèses biologiques. C’est donc aussi un outil conceptuel qui permet de tester des chaînes de causalité vers l’amont, par exemple via l’apport de source de pollution terrestre ou vers l’aval en envisageant différents modes d’action des toxiques envisagés (court ou long terme, fonction de la dose, de la souche ou de l’état physiologique de l’hôte).

La modélisation peut se nourrir des éléments de connaissance scientifique apportés par les autres partenaires, et tester à priori les implications qui pourraient en résulter.

 

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