Source: The Conversation – in French – By Pélagie Douchez, Doctorante en écotoxicologie, Université de Lille
L’ESSENTIEL
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Présent partout, le cadmium est aussi un danger pour la santé des espèces sauvages et des écosystèmes.
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Les amphibiens font partie des vertébrés aquatiques les plus menacés et sont particulièrement sensibles à ce polluant.
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Des études récentes pointent les effets du cadmium sur ces animaux : déformation du cœur, baisse de la reproduction, modifications du comportement…
Les récentes alertes sanitaires ont remis le cadmium sur le devant de la scène. Pour nous, chercheurs, ce n’est pourtant pas un sujet nouveau. Depuis des décennies, nous étudions ce métal, naturellement présent dans l’environnement, mais dont les concentrations ont été fortement accrues par les activités humaines.
Aujourd’hui, on sait que ce métal est cancérogène et qu’il présente des effets toxiques sur plusieurs organes. Mais le cadmium ne menace pas seulement les êtres humains : il affecte une multitude d’espèces, perturbe le fonctionnement des écosystèmes et représente un risque majeur pour la biodiversité.
L’objectif de nos recherches est de mieux comprendre les effets du cadmium, particulièrement sur les écosystèmes aquatiques, en étudiant son impact sur une espèce d’amphibien. Nos travaux ont montré des effets du cadmium sur l’activité et la morphologie cardiaque, ainsi que sur la formation des têtards et sur le comportement des animaux.
Un polluant omniprésent
Le cadmium est un composé inorganique que l’on retrouve partout dans l’environnement. Il contamine aussi bien l’atmosphère, les sols que les milieux aquatiques. Utilisé depuis plusieurs décennies, il sert notamment dans les procédés métallurgiques, la fabrication de batteries et certains usages agricoles, en particulier via les engrais phosphatés qui peuvent contenir du cadmium comme impureté.
En raison de sa persistance dans l’environnement, de sa toxicité dès de très faibles concentrations, de sa mobilité dans certains types de sols et de sa capacité à s’accumuler dans les organismes vivants, le cadmium représente une menace majeure pour la biodiversité. Il affecte l’ensemble du vivant, depuis les micro-organismes du sol jusqu’aux mammifères, en perturbant le fonctionnement des écosystèmes et en altérant de nombreuses fonctions biologiques.
Parmi les groupes les plus vulnérables figurent les amphibiens. Leur peau hautement perméable, leur cycle de vie partagé entre les milieux aquatiques et terrestres et leur mode de reproduction – la fécondation ayant souvent lieu dans l’environnement, et non pas à l’intérieur de l’organisme – les rendent particulièrement sensibles à l’exposition au cadmium. Cette vulnérabilité est d’autant plus préoccupante que les amphibiens connaissent un déclin mondial marqué. Selon l’Union internationale pour la conversation de la nature (UICN), 41 % des espèces d’amphibiens sont aujourd’hui menacées d’extinction à l’échelle mondiale. En France, toutes les espèces d’amphibiens bénéficient d’un statut de protection.
Comprendre les effets du cadmium en laboratoire
Chez l’être humain, le cadmium est classé comme cancérogène certain par le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC). Il est également reconnu pour ses effets de perturbateur endocrinien ainsi que pour sa toxicité au niveau du système nerveux, des reins et du système immunitaire. Plus récemment, des effets au niveau cardiaque ont aussi été démontrés. Ces effets toxiques sont également observés chez de nombreuses espèces animales, soulignant les risques que représente ce contaminant pour la santé des organismes et le maintien de la biodiversité.
Au laboratoire, notre objectif est de comprendre les effets du cadmium à travers une approche pluridisciplinaire et de l’échelle moléculaire jusqu’à celle de l’individu. Une meilleure compréhension des mécanismes de toxicité du cadmium devrait nous permettre d’en identifier les cibles, qui constituent les marqueurs spécifiques d’une exposition à ce contaminant. La nature de ces marqueurs dépend de l’échelle considérée : il peut s’agir de modifications comportementales ou de la présence de protéines particulières. Nous nous intéressons notamment à des biomarqueurs protéiques de contamination, dont les variations pourraient constituer des indicateurs précoces et spécifiques de l’exposition à ce contaminant chez les amphibiens.
Pélagie Douchez/Université de Lille, Fourni par l’auteur
Notre modèle expérimental est le xénope (Xenopus laevis). Originaire d’Afrique australe, cette espèce exotique invasive en France est utilisée depuis plusieurs décennies comme organisme modèle en biologie cellulaire, en biologie du développement et en embryologie. Elle s’est également imposée plus récemment en écotoxicologie. Son développement rapide et directement dans l’eau, ainsi que sa peau perméable, facilitant l’absorption des contaminants, en font un modèle particulièrement pertinent pour l’étude des effets des polluants environnementaux.
Baisse de la fécondité et têtards désorientés
Notre protocole expérimental se concentre sur les premiers stades du développement embryonnaire. Les embryons de xénope sont exposés à différentes concentrations de cadmium, d’un niveau analogue à celui réellement rencontré dans l’environnement jusqu’à des concentrations bien plus élevées. Nous les y exposons dès la fécondation jusqu’à la fin de la formation des principaux organes, correspondant à six jours de développement. Les têtards mesurent alors environ 7 millimètres de long, ont un intestin bien enroulé et sont capables de se déplacer. Nous réalisons ensuite des études comportementales, biométriques, morphologiques et physiologiques, notamment sur les effets cardiaques du cadmium.
On observe ainsi que chez le xénope, une trop forte concentration de cadmium entraîne une diminution significative du taux de fécondation. Le taux de survie est également impacté négativement à la suite d’une exposition. Cette trop forte mortalité nous a poussés à adapter la gamme de concentration testée, en nous rapprochant considérablement des concentrations environnementales.
À l’aide d’un logiciel de tracking, nous avons suivi des têtards sains et des têtards contaminés pour mesurer plusieurs paramètres : la vitesse de nage, la distance parcourue, et leur réponse à des variations de la luminosité ainsi qu’à des vibrations mimant un prédateur. Notre étude a mis en évidence des modifications comportementales. Les têtards parcourent notamment une distance moindre lorsqu’ils sont exposés au cadmium.
Le cœur, particulièrement touché par le cadmium
Pélagie Douchez/Université de Lille, Fourni par l’auteur
Ces têtards font aussi l’objet d’études morphologiques et biométriques. Nous mesurons en particulier leur longueur et l’écart entre leurs yeux. Là aussi, nous constatons que les têtards exposés au cadmium présentent de nombreuses malformations (œdèmes, queue tordue, intestin mal enroulé) et sont significativement plus petits et mal proportionnés par rapport à des individus non exposés. Nous avons étudié des têtards jusqu’à six jours après la fécondation, ce que nous permet le cadre bioéthique, et nous n’avons donc pas eu la possibilité de savoir s’ils atteignent l’âge adulte.
Enfin, nous avons porté une attention toute particulière au système cardiaque. La transparence du têtard nous a d’abord permis d’évaluer l’activité cardiaque en comptant le nombre de battements par minute. Cette première observation montre une tachycardie significative après une exposition au cadmium. Nous avons ensuite réalisé une étude structurelle du cœur et mis en évidence une atrophie du cœur, responsable d’un volume cardiaque plus petit, ainsi d’une architecture du myocarde modifiée. Cette désorganisation des tissus cardiaques est responsable d’une capacité du cœur à se contracter dégradée. De telles anomalies ont déjà été observées dans des cardiopathies humaines, sans pour autant avoir été reliées à une exposition au cadmium.
Enfin, nous avons mis en évidence des marqueurs protéiques propres à une contamination au cadmium qui permettent, en partie, d’expliquer les anomalies cardiaques observées.
Valider la spécificité de ces biomarqueurs
Dans de futurs travaux, nous visons à élargir ces données. D’une part, nous voulons évaluer si les biomarqueurs identifiés se retrouvent également chez d’autres organismes afin de déterminer s’ils constituent des marqueurs universels d’une exposition au cadmium, travail déjà commencé sur les embryons de poisson zèbre et de poulet. Nous souhaitons également déterminer si ces biomarqueurs sont spécifiques du cadmium, ou s’ils se retrouvent également suite à l’exposition à d’autres contaminants.
Pour cela, les biomarqueurs seront analysés après exposition à d’autres contaminants environnementaux, tels que des composés œstrogéniques. L’objectif sera de vérifier que les modifications observées sont spécifiques d’une exposition au cadmium et ne résultent pas d’une réponse générale au stress chimique.
Les auteurs ne travaillent pas, ne conseillent pas, ne possèdent pas de parts, ne reçoivent pas de fonds d’une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n’ont déclaré aucune autre affiliation que leur organisme de recherche.
– ref. Le cadmium s’attaque (aussi) aux amphibiens – https://theconversation.com/le-cadmium-sattaque-aussi-aux-amphibiens-292424