Etude de la sensibilité d'algues unicellulaires au cuivre: le rôle de l'interaction des espèces et de la lumière

Les algues unicellulaires sont des producteurs primaires responsables d’à peu près la moitié de la production d'oxygène de la planète. Elles sont souvent utilisées pour les tests standards d’écotoxicité, lesquels permettent de déterminer la sensibilité d’une espèce isolée en présence d’un micropolluant, dans des conditions fixées en laboratoire. Cependant, dans le milieu naturel, les espèces forment une communauté, elles interagissent entre elles et sont soumises aux variations environnementales combinées, telles que la lumière ou la concentration en polluant. Il est donc plus réaliste de considérer plusieurs paramètres lors des tests écotoxicologiques, de manière à augmenter leur pertinence avec l’environnement. La lumière est essentielle aux organismes photosynthétiques, puisqu’il s’agit de leur source d’énergie, et le cuivre est un composant de nombreuses enzymes et protéines. Cependant, ces deux paramètres peuvent devenir toxiques à partir d’une certaine intensité/concentration. Un excès de lumière peut causer des dommages photo-oxydatifs ou l'inhibition de la photosynthèse; une concentration toxique de cuivre peut engendrer l'inhibition de la croissance, des changements dans la structure cellulaire ou endommager l'activité photosynthétique. Dans le but d'étudier l'interaction de plusieurs espèces d'algues unicellulaires, deux espèces appartenant aux groupes d'algues les plus abondants du milieu aquatique d'eau douce ont été sélectionnées pour ce projet: l'algue verte Chlamydomonas reinhardtii et la cyanobactérie Synechocystis sp. Il a été décidé de porter ce travail sur l'étude des effets combinés du cuivre et de l'intensité lumineuse sur un mélange d'espèces algales. Les deux espèces ont été étudiées en cultures mono-algales ou en mélange d'algues à égale surface cellulaire. Les cultures ont été incubées à 20°C, avec des cycles de lumière alternés et agitées. Durant 48h, elles ont été exposées à différentes concentrations de cuivre ‒ de [Cu2+]=0.008 μM à [Cu2+]=1.556 μM ‒ ainsi qu'à deux intensités de lumière: la première, habituellement mesurée dans les incubateurs utilisés pour les tests d'écotoxicité, est de 46 μmol photons.m-2.s-1. La deuxième est plus élevée de manière à pouvoir observer des réponses différentes. Elle a été choisie grâce à la réalisation de courbes de lumière avec la fluorométrie à taux de répétition rapide, et vaut 215μmol photons.m-2.s-1. Plusieurs réponses biologiques ont été mesurées avec la cytométrie en flux: l'inhibition du taux de croissance (24h, 48h), la fluorescence de la chlorophylle (4h, 24h, 48h), la perméabilité membranaire grâce au marqueur iodure de propidium (4h, 24h, 48h) et le stress oxydatif grâce au marqueur CellROX Green (4h, 24h, 48h). La plateforme du cytomètre permet de différencier les deux espèces d'algues, et donc d'obtenir leurs réponses respectives, même lorsqu'elles sont cultivées ensemble. Il a été montré que le cuivre influence fortement toutes les réponses algales étudiées: l'inhibition de la croissance est la plus sensible suivie du stress oxydatif. Les effets du cuivre sur les deux espèces sont différents: Synechocystis sp. est plus sensible que l’algue verte. Les premiers effets de toxicité apparaissent chez la cyanobactérie à [Cu2+]=0.023 μM, et augmentent sur de très faibles variations de cuivre, alors que chez l’algue verte, les effets n’apparaissent qu’à partir de [Cu2+]=0.368 μM. Il n'y a que peu de différences entre les résultats obtenus pour les deux intensités de lumière testées ‒ peut-être est-ce dû au fait qu'elles ne sont pas saturantes ‒ et pour les deux conditions de cultures ‒ il serait bien de réaliser les tests sur d'autres organismes représentants des producteurs primaires, tels que les diatomées, et d'augmenter la durée d'observation au-delà de 48h. Cependant, lorsque l'interaction entre le cuivre, la lumière ou le mélange d'algues est étudiée, alors les différences sont souvent significatives. Toutefois, aucune tendance ne peut être exprimée, il peut juste être conclu que les réponses sont différentes selon les conditions testées. Ces résultats montrent l’importance de considérer la combinaison de plusieurs paramètres lors des tests de toxicité, habituellement réalisés en laboratoires, pour augmenter leur pertinence avec l’environnement naturel. De plus, cela permettra d’améliorer les connaissances sur les mécanismes des facteurs de stress combinés dans l’environnement.