Mécanismes de prise en charge su sélénite - Se (IV) - chez l'algue verte unicellulaire Chlamydomonas reinhardtii. Bioaccumulation et effets induits sur la croissance et l'ultrastructure
Thèses de doctorat
Date
2005-03-04Abstract
Le sélénium est un élément essentiel, mais qui devient très toxique à des concentrations plus élevées. Il est présent dans l’environnement à des concentrations variant du nM au µM et la pollution par cet élément est un ...Read more >
Le sélénium est un élément essentiel, mais qui devient très toxique à des concentrations plus élevées. Il est présent dans l’environnement à des concentrations variant du nM au µM et la pollution par cet élément est un phénomène mondial. Ce travail vise à accroître les connaissances relatives à l’interaction entre le sélénite -Se(IV)- et un organisme phytoplanctonique d’eau douce : l’algue verte unicellulaire Chlamydomonas reinhardtii. Les objectifs des expériences réalisées étaient : i) d’étudier les mécanismes de prise en charge du sélénite, à l’aide d’expositions de courte durée (< 1 h), en utilisant le Se75 comme radiotraceur ; ii) d’évaluer la toxicité de l’élément sur la croissance et l’ultrastructure algales, à l’aide d’expositions de longue durée (96 h) à du sélénite stable, en utilisant l’analyse EDAX-TEM ; iii) d’estimer la capacité de bioaccumulation de l’élément, et son éventuel lien avec la toxicité. Les expériences à court terme ont montré une adsorption négligeable, et une absorption dépendant linéairement du temps, avec un flux estimé à environ 0,2 nmol.m-2.nM-1.h-1. La prise en charge était proportionnelle aux concentrations ambiantes pour une large gamme de concentrations intermédiaires (du nM au µM). Cependant, les flux étaient plus élevés à très faibles concentrations (< nM) et diminuaient pour des concentrations élevées (> µM), suggérant qu’un transport de haute affinité mais rapidement saturé pourrait intervenir à faibles concentrations, doublé par un transport de faible affinité qui ne saturerait qu’à fortes concentrations (~mM). Ce dernier pourrait faire intervenir les transporteurs du sulfate et du nitrate, comme le suggère l’inhibition de la prise en charge du sélénite par ces éléments. Les modifications de spéciation du Se(IV) avec le pH n’ont à priori pas induit d’effet significatif sur la biodisponibilité. Sur la base de la relation entre concentration en Se et densité cellulaire maximale atteinte, nous avons calculé une EC50 de 80 µM ([64; 98]). Nous n’avons pas mis en évidence de mécanismes d’adaptation, avec une toxicité similaire pour des algues pré-exposées ou non au sélénite. Les observations au MET ont suggéré que le chloroplaste soit la première cible de la cytotoxicité de l’élément, avec des effets sur le stroma, les thylakoïdes et le pyrénoïde. Aux concentrations les plus élevées, nous avons observé une augmentation du nombre et du volume des grains d’amidon, ainsi que la formation de granules denses aux électrons. Les analyses en spectrométrie par dispersion en énergie ont montré que ceux-ci contenaient du sélénium et étaient également riches en calcium et phosphore. Nous avons montré que l’inhibition de croissance était fortement corrélée à la bioaccumulation, et que cette dernière était inhibée par des concentrations croissantes en sulfate. Enfin, le facteur de concentration, calculé sur la base du poids sec, variait entre 690 et 7100.Read less <
English Abstract
Selenium is an essential element, but becomes very toxic at higher concentrations. It occurs in the environment at concentrations ranging from nM to µM and selenium pollution is a worldwide phenomenon. This work aims at ...Read more >
Selenium is an essential element, but becomes very toxic at higher concentrations. It occurs in the environment at concentrations ranging from nM to µM and selenium pollution is a worldwide phenomenon. This work aims at improving the knowledge on the interactions between selenite - Se(IV) - and a freshwater phytoplanktonic organism : the unicellular green algae Chlamydomonas reinhardtii. The aim of the performed experiments were : i) to investigate selenite -Se(IV°)- uptake mechanisms in C. reinhardtii, using Se75 as a radiotracer in short-term exposures (< 1 h); (ii to assess selenite toxicity as measured with growth impairment and ultrastructural damage (with EDAX-TEM analysis), using long-term exposures (96 h) to stable selenite; (iii to evaluate the bioaccumulation capacity of selenite and its potential links with toxicity. Short-term experiments revealed a negligible adsorption and a time-dependent linear absorption with an estimated absorbed flux of about 0.2 nmol.m-2.nM-1.h-1. The uptake was proportional to ambient levels in a broad range of intermediate concentrations (from nM to µM). However, fluxes were higher at very low concentrations (< nM), and decreased with increasing high concentrations (> µM), suggesting that a high affinity but rapidly saturated transport mechanism could be used at low concentrations, in parallel with a low affinity mechanism that would only saturate at high concentrations (~mM). The latter could involve transporters used by sulphate and nitrate, as suggested by the inhibition of selenite uptake by those elements. Se(IV) speciation changes with pH did not induce significant effect on bioavailability. On the basis of the relationship between Se concentration and maximal cell density achieved, an EC50 of 80 µM ([64; 98]) was derived. No adaptation mechanisms were observed as the same toxicity was quantified for Se-pre-exposed algae. Observations by TEM suggested chloroplasts as the first target of selenite cytotoxicity, with effects on the stroma, thylakoids and pyrenoids. At higher concentrations, we could observe an increase in the number and volume of starch grains. For cells collected at 96 h, electron-dense granules were observed. Energy-dispersive X-ray microanalysis revealed that they contained selenium and were also rich in calcium and phosphorus. Finally, growth inhibition was highly correlated to the bioaccumulation of selenite. The latter was inhibited by increasing concentrations of sulphate, and calculated dry weight concentration factors varied between 690 and 7100.Read less <
Keywords
Ecotoxicologie
sélénium
phytoplancton
transport
toxicité
bioaccumulation
nutriments
sulfate
spéciation
croissance
ultrastructure
EDAX-TEM
amidon
granules denses aux électrons
BCF
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