Modlisation de limpact de luranium sur les flux

Modélisation de l’impact de l’uranium sur les flux énergétiques individuels chez le poisson zèbre, Danio rerio Starrlight AUGUSTINE

Contexte social et scientifique Connaître les effets à long terme d’une exposition chronique à un polluant sur les organismes Projet ENVIRHOM: étude des effets d’une exposition chronique à l’uranium sur les organismes et les écosystèmes et des impacts de la présence de cet élément dans l’environnement sur la santé de l’homme. Volet ENVIRHOM ECO regroupe les travaux sur les effets environnementaux. Organisme modèle: poisson zèbre Danio rerio Modélisation et expérimentations in vivo

Concepts Métabolisme Performance physiologique Théorie des bilans d’énergie dynamique (DEB) Modèle DEB standard (Kooijman 2010) Déviations physiologiques No Effect internal Concentration: la NEC: DEBtox X: nourriture Hypothèse de la théorie DEB: au P: fèces P voisinage du NEC les Critère mesurable sur effets un E: observés réserve se traduisent par la modification d’un organisme: Effets V: structure Différence entre la performance paramètre modèle. S: maintenance Théorie du générale en biologie physiologique d’un témoin et d’un se XEnsemble de transferts […]et/ou d’énergie E (longueur Ce paramètre constitue le mode -Croissance masse) somatique créée il ya uneà trentaine d’années individu exposé un élément toxique. ASSEZ TROP déroulant […] au sein […] de J: l’organisme. d’action toxique sur le métabolisme. maintenance de (Kooijman 1993, 2000, 2010) qui Processus ordonné(œufs qui fait intervenir des lamasse maturité -Reproduction et/ou spécifie l’acquisition et l’utilisation Aussi appelé: effets toxiques processus de dégradation (catabolisme) E : énergie et DEBtox: Méthode qui consiste investie dans la repro) de l’énergie par tous les H à cumulée investie desajuster processus de synthèse organique un modèle DEB sur des Concen organismes. Respecte les bilans dans la maturité (anabolisme) données de toxicité pour évaluer quel -Respiration tration d’énergie et de masse ainsi que E : énergie R paramètre est modifié en présence de interne les contraintes stœchiométriques. S cumulée investie J Wikipedia l’élément -Stade detoxique. développement V dans la repro EH/ER NEC = données 1 paramètre = 1 processus

Stratégie de recherche: approche modulaire I – L’énergétique liée au développement du poisson zèbre Danio rerio Vieillissement Température Jeûne II – Prise en charge du jeûne par le métabolisme III – Mode d’action de l’uranium sur le métabolisme IV – Extrapolation aux effets sur la population Modèle standard DEB Effets toxiques

I – L’énergétique liée au développement du poisson zèbre Danio rerio Caractérisation du métabolisme témoin EMBRYON NAISSANCE 0. 54 J JUV I EH (J) J II ADULTE METAMORPHOSE 19. 33 J PUBERTE 2062 J қG Қ (0. 44) (0. 67) Structure (V) Somatic Maintenance X қX Réserve (E) Maturity Maintenance 1–қ Reproduction Maturité EH Buffer ER қR (0. 95) Œufs

I – L’énergétique liée au développement du poisson zèbre Danio rerio Croissance et reproduction à deux niveaux de nourriture: Longueur, cm 3 2. 8 2. 6 2. 4 2. 2 Augustine et al. 2011 # œufs cumulés 2 1000 800 600 400 200 0 120 140 160 180 200 220 Age, jours

I – L’énergétique liée au développement du poisson zèbre Danio rerio Module de température: température Naissance (prédictions) 2 Protruding mouth stage Kimmel et al 1995 1 Blastoderme ¾ yolk sphere Log (âge) 0 -1 Late cleavage -2 8 cell stage -3 Shirone & Gross 1968 -4 32, 6 32, 8 33 33, 2 33, 4 Température, K-1 104 33, 6 33, 8

I – L’énergétique liée au développement du poisson zèbre Danio rerio Module de vieillissement: vieillissement Gerhard et al. 2002 Surive, - 1 0. 8 0. 6 0. 4 0. 2 0 200 600 1000 1400 1800 Age, jours post fécondation

I – L’énergétique liée au développement du poisson zèbre Danio rerio Principales avancées scientifiques: L’effet du passé nutritif s’accumule avec le temps La maturité est une bonne façon de quantifier l’énergie investie dans le développement Triple accélération du métabolisme entre le stade embryonnaire et adulte taille âge 0. 54 Energie cumulée investie dans la maturation (J) 2062 Prédictions quantitatives et qualitatives de croissance, développement et reproduction à plusieurs niveaux de nourriture en accord avec les études publiées en 1968 jusqu’à présent

III – Mode d’action de l’uranium sur le métabolisme Au voisinage du NEC les effets se traduisent par la modification d’une des paramètres ci-dessous: Assimilation Mobilisation P Maintenance somatique X E Maintenance de la maturité Fraction d’allocation au soma Қ 1 -Қ Қ Coût de synthèse d’une unité de structure Efficacité de reproduction EH/ER J S V Vieillissement Energie cumulée investie pour attendre la prochaine stade de vie (naissance, métamorphose ou puberté)

III – Mode d’action de l’uranium sur le métabolisme Implications de la modification de chaque paramètre sur la performance physiologique- Y-a-t-il un « pattern » unique d’effets associé à chaque mode d’action toxique?

Embryon C O N T R O L E [EG] [p. M] + + - ge (d) 1 0. 8 0. 9 0. 6 longueur (cm) 1 0. 8 0. 9 Taux croissance (d-1) 1 1. 3 Poids sec (mg) 1 O 2 cumulé (µmol) P X EH/ER Қ J S V v {p. Am} k. J - - 1. 6 1 1. 3 0. 8 1. 1 1 1 0. 9 3. 3 0. 1 1 0. 8 1. 2 0. 9 0. 7 0. 9 1. 1 0. 9 1 1 1 3 0. 9 0. 5 1. 3 1 0. 9 1 1 O 2 (µmol/h) 1 2. 1 1. 2 2. 1 0. 3 1 0. 8 1. 2 0. 9 S (-) 1 1 1 1 1 E 1 -Қ Қ + + +

III – Mode d’action de l’uranium sur le métabolisme Implications de la modification de chaque paramètre sur la performance physiologique- Y-a-t-il un « pattern » unique d’effets associé à chaque mode d’action toxique? Au stade embryonnaire: si on mesure la consommation cumulée et journalière en dioxygène il est théoriquement possible de distinguer entre les différents modes d’action Stade de développement Age Masse Consommation en dioxygène Soutien empirique à la structure du modèle

Conclusions et Perspectives + d’effort expérimental pour caractériser le métabolisme témoin et - d’effort pour obtenir les données en condition d’exposition Hypothèse forte: un même jeu de paramètres caractérise le métabolisme L’idée: un petite déviation subtile au niveau du métabolisme embryonnaire nous renseigne sur une perturbation au niveau de la structure même de l’organisation métabolique. Le modèle permet d’élaborer les scénarios pour comprendre les conséquences de ce dérèglement sur tout le cycle de vie ainsi que de calculer des statistiques opérant au niveau de la population (e. g. taux de croissance). Le même modèle s’applique à de nombreuses espèces… Cette étude contribue à la généralisation directe de ces résultats…voir l’initiative Add_My_Pet (VU, Amsterdam) qui recueille une bibliothèque de valeurs de paramètres de plus de 60 espèces