Evaluation of diclofenac chronic effects on a gastropod mollusk with physiological, behavioral, transcriptomic and metabolomic approaches
Evaluation des effets chroniques du diclofénac sur un mollusque gastéropode avec des approches physiologiques, comportementales, transcriptomiques et métabolomiques
Résumé
Pharmaceuticals environmental contamination provoked an increase of concern over the past decade. Among these drugs, diclofenac (DCF) is one of the most consumed and identified in the aquatic environment. Multiple ecotoxicological studies have investigated these contaminant effects on marine and freshwater aquatic species, showing mostly a reproduction impact. However, only a few chronic studies at environmental concentrations has been conducted on aquatic invertebrates, and the molecular mechanisms involved in the effects that have been observed are poorly understood. This thesis aimed to assess DCF impact at environmental concentrations after a multigenerational exposure in the Lymnaea stagnalis freshwater gastropod. For this purpose, physiological, behavioral and molecular approaches were implemented. DCF biotransformation products formed in L. stagnalis after 3 and 7 days of exposure at 300 µg/L were explored. A multigenerational study was then conducted on 3 generations of snails exposed to 0.1, 2 and 10 µg/L DCF concentrations. This contaminant impact was explored on physiological (egg hatching, growth, reproduction) and behavioral (feeding, locomotion, light stress response) parameters. The parental generation exposed to 0.1 and 10 µg/L was analyzed molecularly at the adult stage on 2 organs (heads and reproductive apparatus). The DCF metabolism study in L. stagnalis snail revealed 19 DCF metabolites, 14 of which were phase I and 4 were phase II. Among these metabolites, 12 were observed for the first time in aquatic species. The major biotransformation pathway in this organism appeared to be hydroxylation, with 3 hydroxylated and 3 dihydroxylated identified metabolites. During the chronic DCF exposure, hatching was affected by DCF only in the F2 generation, with a faster egg hatching (10 µg/L). The juvenile growth was faster in the parental generation (F0) and in the F2 generation at all DCF concentrations, as well as in the F1 exposed to 0.1 µg/L. On the contrary, the growth was slower in the F1 exposed to 2 and 10 µg/L. The egg masses production was not impacted by the DCF exposure in the parental generation, while a lower number of eggs per egg mass was observed in the F1 (2 µg/L) and a higher number of egg masses was produced per snail in the F2 (10 µg/L). DCF lowered the feeding rate in the F0 juveniles (2 µg/L) and in the F1 adults (0.1 and 2 µg/L), whereas it increased it in the F2 adults (10 µg/L). DCF stimulated locomotor behavior in F1 individuals (2 and 10 µg/L). DCF did not affect the light stress response. The non-targeted molecular approaches (transcriptomic, metabolomics) conducted on the F0 adult snails suggested neurotoxicity, oxidative stress and immunity imbalance induction. Osmoregulation could be altered, as well as the energy metabolism and the reproduction. This potential impact of DCF on reproduction was not highlighted in the F0 generation reproduction test but was demonstrated on the offspring, thus confirming the molecular markers potential to be early effects indicators. All these results allow us to have a larger view of DCF chronic effects on the aquatic environment.
La contamination environnementale par les médicaments est devenue une préoccupation majeure cette dernière décennie. Parmi ces médicaments, le diclofénac (DCF) est l'une des molécules médicamenteuses les plus consommées et les plus régulièrement identifiées dans l'environnement aquatique. De nombreuses études écotoxicologiques se sont intéressées aux effets de cette molécule sur les espèces aquatiques, marines et dulcicoles, montrant notamment un impact sur la reproduction. Cependant, les études chroniques conduites à concentrations environnementales chez des invertébrés aquatiques sont peu nombreuses, et les mécanismes moléculaires mis en jeu dans les effets observés sont peu compris. Cette thèse a pour objectif d'évaluer l'impact du DCF à concentrations environnementales après une exposition multigénérationnelle chez un gastéropode d'eau douce, Lymnaea stagnalis. Dans ce but, des approches physiologiques, comportementales et moléculaires ont été mises en oeuvre. Les produits de biotransformation du DCF formés chez L. stagnalis après une exposition de 3 et 7 jours à 300 µg/L ont été explorés. Puis une étude multigénérationnelle a été conduite sur 3 générations de limnées exposées à 0,1 ; 2 et 10 µg/L de DCF en explorant l'impact de ce contaminant sur des paramètres physiologiques (éclosion des oeufs, croissance, reproduction) et comportementaux (alimentation, locomotion, réponses au stress lumineux). La génération parentale exposée à 0,1 et 10 µg/L a fait l'objet d'une analyse moléculaire au stade adulte sur deux organes (têtes et appareils reproducteurs). L'étude du métabolisme du DCF chez la limnée a permis de mettre en évidence 19 métabolites du DCF, dont 14 de phase I et 4 de phase II. Parmi ces métabolites, 12 n'avaient jamais été observés chez une espèce aquatique. L'hydroxylation semble être une voie majeure de biotransformation chez cet organisme, avec l'identification de 3 métabolites hydroxylés et 3 dihydroxylés. Lors de l'exposition chronique au DCF, l'éclosion a été impactée par le DCF uniquement dans la génération F2, avec une éclosion des pontes plus rapide (10 µg/L). La croissance des juvéniles a été plus rapide pour la génération parentale (F0) et la génération F2 exposées à toutes les concentrations de DCF ainsi que dans la F1 exposée à 0,1 µg/L. Au contraire, pour la F1 exposée à 2 et 10 µg/L, la croissance a été plus lente. La production de ponte n'a pas été touchée par une exposition au DCF dans la génération parentale, tandis qu'un plus faible nombre d'oeufs par ponte a été observé chez la F1 (2 µg/L) et une quantité de pontes plus importante a été produite par individus dans la F2 (10 µg/L). Le DCF a diminué la prise alimentaire chez les juvéniles de la F0 (2 µg/L) et les adultes de la F1 (0,1 et 2 µg/L), tandis qu'il l'a augmentée chez les adultes de la F2 (10 µg/L). Le DCF a stimulé le comportement locomoteur chez les individus de la F1 (2 et 10 µg/L). Le DCF n'a pas eu d'effet sur la réponse au stress lumineux. Les approches moléculaires non ciblées (transcriptomique, métabolomique) conduites chez les adultes de la génération F0 suggèrent l'induction de neurotoxicité, d'un stress oxydant et un déséquilibre immunitaire. L'osmorégulation pourrait également être altérée, ainsi que le métabolisme énergétique et la reproduction.[...]
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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