Effets des substituts du bisphénol A à différentes échelles d’organisation biologique chez l’épinoche : des biomarqueurs à la dynamique de population.

Mots clés *

Mésocosme ; Modélisation mécanistique ; Biomarqueur ; changement d'échelle ; épinoche à trois épines ; bisphénols

Résumé *

Les expériences en mésocosme des dernières années ont été focalisées sur les substituts du bisphénol A : BPS et BPF. Lors de ces expériences, des mesures des biomarqueurs d’effet précoce ont été menées (poissons exposés toute leur vie et naïfs vis-à-vis des substances) en parallèle du suivi de la dynamique de population. Il est prévu de poursuivre l’évaluation des dangers de ces deux substituts, selon le même protocole, en testant un mélange « environnementale » lors de la prochaine expérience en mésocosme (2023).

Les biomarqueurs sont des outils d’un grand intérêt mis en œuvre pour établir un diagnostic précoce du risque environnemental. A l’INERIS, le développement et la validation de biomarqueurs chez l’épinoche à trois épines ont permis de disposer d’un ensemble complémentaire d’indicateurs biologiques.

Pour cette espèce, nous disposons aussi d’un ensemble de modèles mathématiques pour intégrer à terme les différentes échelles biologiques et simuler les effets dus aux expositions aux substances chimiques. Ainsi, à l’aide des modèles mathématiques, en se basant sur les biomarqueurs mesurés et les résultats des expériences en mésocosme, nous proposons de relier les biomarqueurs d’effet précoce, aux effets sur les performances des organismes, et par la suite aux conséquences à long terme pour les populations. Il s’agira donc lors de cette thèse de conduire les développements nécessaires pour relier les travaux menés sur le lien entre exposition, dose interne et réponse des biomarqueurs (Thèse C. MIT) et ceux menés sur le changement d'échelle individu – population (Thèse V. David) en s'appuyant sur les nouvelles données produites.

Ainsi, ce projet de thèse vise donc d’une part à produire et analyser de nouvelles données sur les bisphénols et d’autre part à développer des modèles mathématiques afin de relier les expositions, des réponses biologiques précoces (biomarqueurs), des effets sur les traits et performances des organismes, et la viabilité des populations.

Ce travail s’inscrit dans le cadre du projet PARC (Partnership for the Assessment of Risks from Chemicals).

Contexte et objectif de la thèse

Le bisphénol A (BPA), est un perturbateur endocrinien oestrogéno-mimétique qui du fait de son activité de PE est interdit dans les plastiques en contact direct avec des denrées alimentaires. Par conséquent, il est alors apparu sur le marché des substituts du BPA, tels que les bisphénols AF, B, F, S et les diméthyl-BPA, qui semblent interagir aussi avec le système endocrinien (Le Fol et al. 2015, Moreman et al. 2017). Ainsi, les substituts du bisphénol A sont des molécules préoccupantes d’un point de vue de leurs éventuels effets écotoxiques et pour lesquels nous disposons déjà de certaines données (Le Fol et al. 2015, Faheem and Bhandari 2021).

Pour répondre à ces enjeux, nous proposons d’étudier les effets de ces composés sur les populations et organismes en menant des expériences en en écosystème reconstitué (mésocosme) et en s’appuyant pour l’analyse sur un ensemble de modèles mathématiques. Les deux dernières expériences ont été menées avec deux substituts du bisphénol A (BPS et BPF), et la prochaine expérience portera sur leur mélange. Lors de ces expériences, la dynamique de population de l’épinoche a été suivie pendant 6 mois sous trois conditions d’exposition. En parallèle, des mesures de biomarqueurs d’effet précoce ont été menées sur (i) des poissons « naifs » encagés dans les mésocosmes en cours d’expérience et (ii) des poissons nés dans les populations exposées toute leur vie et dont les parents ont été exposés (mesure en fin d’expérience). De plus, lors de la thèse de Corentin MIT, des données en laboratoire (conditions et exposition complétement contrôlées) ont été obtenues sur ces mêmes molécules pour relier et comprendre finement le lien entre exposition, dose interne et réponse des biomarqueurs.

Les biomarqueurs fonctionnent comme un système d'alarme précoce d'une exposition des organismes aux contaminants et traduisent un risque potentiel pour le maintien de l'individu. Le risque pour l’écosystème devrait être établi non seulement pour l’individu, mais également pour la population, et pour une multitude d’espèces à partir d’informations sur une ou quelques espèces (Forbes et al. 2006). Les principales limitations des mesures de biomarqueurs pour l’évaluation de la qualité des écosystèmes sont d’extrapoler des réponses d’une échelle d’organisation biologique à une autre (cellule-individu-population-communauté) et d’une espèce à une autre (Garric et al. 2010).

Une alternative prometteuse pour combler cette lacune entre les observations expérimentales et l'unité biologique à protéger est l’utilisation de modèles mathématiques mécanistiques dédiés au changement d’échelle (Forbes et al. 2008, Beaudouin et al. 2012, Beaudouin et al. 2015). Pour l’épinoche à trois épines, nous disposons d’ores et déjà d’un ensemble de modèles mathématiques pour intégrer les différentes échelles et simuler les effets dus aux expositions aux substances chimiques: (i) toxicocinétique (Grech et al. 2019), (ii) TK et réponse des biomarqueurs (Mit et al. 2022), (iii) modélisation des effets sur les organismes (David et al. 2018, Leloutre et al. 2018) et (iv) conséquences pour la viabilité des populations (David et al. 2019).

L’ensemble données/modèles offre donc l’opportunité de relier les biomarqueurs d’effet mesurés sur les organismes avec des effets sur la viabilité des populations. Dans cette perspective, nous proposons de : (i) finaliser le développement des modèles reliant exposition, dose interne et réponse des biomarqueurs (Thèse C. MIT), (ii) relier ces modèles à ceux simulant le changement d'échelle individu – population (Thèse V. David) et (iii) adapter l’ensemble des modèles aux substances et mélange testés.

Profil du candidat

• Ecole d'ingénieur ou Master II
• Biostatisticien / Biomathématicien avec de bonnes connaissances en biologie/physiologie / écotoxicologie.
• Biologiste/écotoxicologue avec un fort attrait pour la modélisation.

Informations pratiques

• Financement : Bourse de thèse financé par l'Ineris
• Lieu de déroulement de la thèse : INERIS, Verneuil -en-Halattes (télétravail possible)
• Date souhaitée pour le début de la thèse :  1/10/2022
• La thèse sera co-encadrée par Rémy Beaudouin et Anne Bado-Nilles

Pour candidater
Les candidat.e.s intéressé.e.s doivent envoyer une lettre détaillée décrivant leurs motivations et leurs compétences, un CV détaillé, les relevés de notes des dernières années, et les coordonnées d’au moins une personne référente au plus tard le 22 mai 2022. Les candidatures devront être envoyées à remy.beaudouin@ineris.fr. Les éventuelles questions sont à adresser à cette même adresse.