Pushing speciation frontiers for investigation of mercury and its detoxification by selenium in key organisms – MERSEL

Le projet est basé sur le développement de nouvelles approches analytiques qui combine spéciation et fractionnement isotopique naturel de façon unique. La spéciation apporte des informations importantes sur la réactivité et la toxicité potentielle des métabolites. De façon complémentaire, la mesure de la signature de l’abondance isotopique naturelle ajoute une dimension dynamique, y compris l’historique de l’élément cible, sa source et son suivi réactionnel. La signature biomoléculaire et isotopique résultante sera précieuse dans l’étude du Hg dans le biote et ces mécanismes de détoxication, incluant sa relation avec le Se. Sur le long terme, cette méthodologie très innovante pourrait être étendue à d’autres métaux/métalloïdes et repousser les limites de leur étude dans les sciences du vivant et de l’environnement.

Les principaux travaux de recherche effectués à ce jour ont permis le développement et optimisation de stratégies analytiques pour la détermination prochaine de la signature isotopique pour certaines espèces de mercure et sélénium par des procédures d’extractions spécifiques. Par exemple, l'isolement réussi de HgSe (considéré comme le produit final d'un mécanisme efficace de désintoxication du methylmercure) à partir de plusieurs organes / tissus constitue une étape critique pour d'autres analyses isotopiques qui fourniront des informations sur la source et les voies métaboliques des deux éléments.
Le projet MERSEL a représenté une étape préliminaire pour la création et la coordination d'un réseau international d'experts issus d'un large éventail de domaines de recherche interdisciplinaires (chimie analytique, nutrition des poissons, sciences de l'environnement, communication, toxicologie et aquaculture) de l'industrie et des universités de l'UE, Brésil et Maurice, avec pour objectif à long terme d'approfondir la compréhension de la source, du transport, du devenir et des effets du mercure du poisson à l'homme et du rôle de détoxification du sélénium. Cela se fera dans le cadre du financement du projet MERFISH « Health-benefit understanding of mercury-selenium interactions from fish to human »H2020-MSCA-RISE (Marie Sklodowska-Curie Research and Innovation Staff Exchange) récemment obtenu par le PI et grâce au financement du Projet ANR JCJC MERSEL.

La méthodologie développée sera exploitée en lien avec la compréhension de la métabolisation du mercure et sa potentielle détoxication dans les organismes vivants. Dans le cadre du projet, elle sera appliquée entre autres, dans l’étude de la truite arc-en-ciel, que représente avec le saumon, la plus grande partie des espèces aquatiques commercialisées (FAO, 2016) et le principal poisson produit en France (2ème producteur européen), en conditions contrôlées (expérience réalisée en étroite collaboration avec l’INRAE). Cela aidera à mettre en place de nouvelles consignes pour les pratiques d’alimentation en aquaculture afin d’éviter la contamination du poisson avec des formes toxiques du mercure et pour assurer une bonne bio-assimilation de son antagoniste, le sélénium. C’est en lien direct aussi avec le développement de l’aquaculture tel que préconisait par le programme européen H2020 pour exploiter et gérer durablement les ressources vivantes aquatiques.

Le chapitre «Mercure« d'un livre qui traite des progrès réalisés dans la détermination des xénobiotiques dans les aliments, a été publié. Deux publications sont en cours de rédaction.

Mercury (Hg) pollution is considered a major environmental problem. Due to its extreme toxicity, Hg has been recently included in the list of the top ten chemicals of major public health concern by the World Health Organization. Once released in the environment, it is transformed, principally in aquatic ecosystems, by microorganisms into the neurotoxic methylmercury. Its hazardous effect is biomagnified through the trophic chain, resulting in serious social and health effects. However, Hg metabolic pathways in biota remain elusive. Its understanding is crucial to elucidate its (eco)toxic effect as well as its biogeochemical cycle. Bioavailability, mobility and toxicity of an element are dependent of its chemical forms. Hg binding with proteins has been evoked as a cause for toxicity and the role of selenium (Se) as antagonist for Hg toxicity is acknowledged but not understood so far.
MERSEL is an ambitious and multidisciplinary research project, which main objective is to advance the understanding of Hg metabolic pathways in living organisms paying also attention to its (antagonist) interaction with Se. The project is based on the development of new analytical approaches that combines speciation and natural isotopic fractionation in a unique pattern. Speciation provides valuable information about reactivity and potential toxicity of the metabolites. Complementary, the natural abundance isotopic signature adds a dynamic dimension, comprising the life history of the target element, its (pollution) source and reaction tracking. The resulting (bio)molecular and isotopic signature will be precious in the insight of Hg in biota and its detoxification mechanisms, including its relation with Se. On a long term prospective, this highly innovative methodology could be extended to other metal/loids and push back frontiers in life and environmental sciences related to them. The success of the project is assured by the knowhow in speciation and isotopic analysis and worldwide unique instrumental facilities of the host laboratory.
MERSEL will build knowledge on environmental ecotoxicology with a potential application in health science through a multidisciplinary project (biogeochemistry, ecotoxicology and metabolomic). It will contribute to improve the understanding of Hg metabolism and its potential detoxification in fish and marine mammals, which could be used later on as a reference work to study Hg behavior in humans. It has a direct societal impact considering that until now there is a lack of efficient treatment against the toxicity of this pollutant. One of the most important socio-economic benefits is that it will help in setting new guidelines for aquaculture feeding practices to avoid fish contamination with Hg toxic forms and to insure proper bioassimilation of its antagonist, Se. It also aims the establishment for fish and seafood of more realistic mercury toxicity assessment than the current criteria that is limited to the methylmercury content. It has a direct link with aquaculture development preconized by H2020 European program to sustainably exploit and manage aquatic living resources. The aquaculture model fish studied in this project, trout, is representing with salmon the main share by value of aquatic species in world trade (FAO, 2016) and the main fish species produced in France (2nd European producer).