Clefs n°60 été 2011
Clefs n°60 été 2011
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°60 de été 2011

  • Périodicité : annuel

  • Editeur : CEA

  • Format : (215 x 307) mm

  • Nombre de pages : 104

  • Taille du fichier PDF : 4,5 Mo

  • Dans ce numéro : incontournable chimie.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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62 Chimie pour la santé et l’environnement De la toxicologie à l’écotoxicologie Qu’elle soit minérale, organique ou biologique, nous vivons par et avec la chimie depuis toujours. Mais, c’est la révolution industrielle du XIX e siècle qui offrira un rôle majeur à son industrie, posant d’emblée la question de l’impact des produits chimiques sur les opérateurs, les consommateurs et bien sûr l’environnement. Culture de cellules humaines pour des études de toxicologie. Q CLEFS CEA - N°60 - ÉTÉ 2011 uelques étapes jalonnent déjà les avancées en matière de protection de la santé et de l’environnement : la limitation de l’expérimentation animale (1959) (1), la directive européenne classant les substances dangereuses (cancérogènes, mutagènes, toxiques pour la reproduction/CMR) en 1967, la création de l’Environmental Protection Agency (EPA) américaine dédiée à la santé humaine et à la sauvegarde des éléments naturels (1970), l’apparition du concept de chimie verte dans les années 90. L’année 2007 fut marquée, en France, par le « Grenelle de l’environnement » et pour l’Union européenne, par la directive REACH (pour Registration, Evaluation and Authorisation of Chemicals) créant un système intégré et unique d’enregistrement, d’évaluation et d’autorisation des substances chimiques. Dans ce contexte, l’Organisation de coopération et de développement économique (OCDE) publiait des recommandations pour les tests de produits chimiques incluant la connaissance des propriétés physico-chimiques, de l’écotoxicologie et de la toxicologie. La toxicologie et la radiotoxicologie bénéficient de l’essor des connaissances scientifiques, techniques et bio-informatiques et du retour d’expérience dans le domaine des médicaments. Dès 2002, le CEA a initié un programme transverse dédié à la toxicologie, visant une meilleure compréhension des impacts d’éléments chimiques et/ou radionucléides issus de l’exploitation de l’énergie nucléaire (tritium, iode, césium, actinides) – programme qui inclut, depuis 2010, l’impact des nanoparticules sur les écosystèmes et le vivant. Ce programme pluridisciplinaire suscite une très forte interaction entre les chimistes et les biologistes du CEA qui veulent comprendre les aspects mécanistiques des toxiques et caractériser leurs formes chimiques. Les métaux : des toxiques environnementaux La formation d’espèces assimilables par les organismes reste un aspect clé du transfert de produits toxiques de l’environnement vers le vivant. L’eau, dans laquelle existent des formes complexées du métal avec des ligands organiques ou inorganiques, constitue pour l’homme un mode direct de contamination trophique. Une étude, réalisée par des chimistes et des biologistes du Laboratoire d’étude des protéines cibles (Lepc) (2) et le Département radiochimie et procédés (DRCP) (3), en collaboration avec (1) Principe des « 3 R » (« remplacement » par des modèles informatiques, « réduction » en maximalisant les informations venant d’un animal et « raffinement » en minimalisant la douleur animale) élaboré par les chercheurs britanniques William Russel et Rex Burch. (2) Laboratoire de l’Institut de biologie environnementale et des biotechnologies (Ibeb/Direction des sciences du vivant) situé sur le centre du CEA à Marcoule. (3) Département de la Direction de l’énergie nucléaire (DEN), situé sur le centre du CEA à Marcoule. P.Avavian/CEA
le Säteilyturvakeskus (STUK), a montré que l’association d’uranium, de calcium et de carbonates dans des eaux de puits finlandaises, expliquait l’absence d’effet sur la santé de la population. Parallèlement, des études associant l’Institut nanosciences et cryogénie (Inac), l’Institut de recherches en technologies et sciences pour le vivant (IRTSV) (4) et notamment le Laboratoire de physiologie cellulaire végétale (PCV) (5), ont montré que le transfert d’uranium des racines vers les parties aériennes des plantes dépend fortement de la forme chimique ou spéciation de l’uranium. Néanmoins, quelles que soient les voies de contamination, les espèces métalliques peuvent transiter, depuis un compartiment d’entrée (voies digestives, aériennes, feuilles ou racines des plantes) vers d’autres compartiments (organes de stockages notamment), en franchissant diverses barrières anatomiques et cellulaires. Ces transferts dépendent du mode d’interaction des métaux avec les différents ligands biologiques capables de déplacer successivement le métal à partir de sa forme initiale d’entrée vers des formes éliminables ou stockables. Les études in vivo de biocinétique et de biodistribution ont permis de déterminer, à l’échelle des organismes vivants, les organes et les compartiments où le métal s’accumule en générant des effets toxiques majeurs : perturbations métaboliques, endocriniennes, immunitaires (pour le monde animal) et modifications de la croissance ou du développement racinaire (pour le monde végétal). Par ailleurs, les chercheurs de l’Ibeb (6) travaillent sur les mécanismes d’accumulation chez les bactéries capables de réduire certains oxydes métalliques (sélénite, tellurite, pertechnétate, uranyle) et de stocker des formes insolubles dans le cytoplasme ou, sous forme de précipités, au niveau de leur paroi. Depuis une dizaine d’années, les conséquences d’une exposition chronique ou aiguë aux toxiques sont étudiées in vitro, via l’utilisation de lignées cellulaires en culture. Si ces approches de type « omique » (transcriptomique, protéomique, et métabolomique) ne remplacent pas l’évaluation in vivo (expérimentation animale), en revanche, elles éliminent en amont des molécules à toxicité rédhibitoire. L’analyse comparative des transcriptomes renseigne sur l’activité métabolique de la cellule via la modulation de l’expression de gènes dans des situations de réponse à des toxiques – approches s’appuyant sur les puces ADN. L’analyse comparative de protéomes et métabolomes de cellules, exposées ou non à des toxiques, requiert l’association de méthodes séparatives, comme l’électrophorèse, avec des techniques d’identification par spectrométrie de masse des protéines. Des approches combinées de métabolomique, de transcriptomique ou de protéomique montrent que l’exposition au cadmium (Cd) entraîne une modulation du métabolisme du soufre chez la levure S. cerevisiae et donc la surproduction de glutathion, une molécule chélatant le cadmium. Chez la plante Arabidopsis thaliana, l’exposition au cadmium module l’expression de phytochélatines impliquées (4) Institut de la Direction des sciences du vivant. (5) Unité mixte de recherche 5168 - CEA - CNRS - INRA - Université Joseph Fourier. (6) Institut de biologie environnementale et biotechnologie/Direction des sciences du vivant. P.Avavian/CEA P.Avavian/CEA dans la séquestration du cadmium. Une démarche similaire impliquant des approches combinées de transcriptomique et protéomique souligne des différences significatives de réponses à une exposition à l’uranyle de lignées cellulaires humaines (rein et poumon). Ainsi, pour les cellules rénales, la protéomique révèle des modifications des protéines du cytosquelette et la transcriptomique montre des altérations plus fines, en particulier l’implication d’un régulateur de la minéralisation, démarche validée par l’identification de la protéine impliquée. L’utilisation de ces approches globales devrait conduire à l’émergence d’une toxicologie prédictive, au développement de modèles expérimentaux ou Germination in vitro d’Arabidopsis thaliana. Le semis a été effectué sur un milieu gélosé nutritif de façon stérile. Après 48 heures passées à 4 °C et dans l’obscurité, les boîtes sont mises en culture dans une enceinte jusqu’à obtention de plantules transférables pour diverses manipulations (environ une semaine). Synthèse des peptides. Analyse et dosage d’échantillons contenant des métaux toxiques. CLEFS CEA - N°60 - ÉTÉ 2011 63



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