Evaluation des mécanismes moléculaires conduisant à la toxicité des nanoparticules sur les algues – ANATOMIC

L’originalité de la démarche repose sur une combinaison d’outils et de méthodologies issus de la microbiologie, de la physico-chimie et de la biophysique, permettant d’identifier et d’établir des liens entre mécanismes de toxicité à différentes échelles. En particulier, l’utilisation de la microscopie à force atomique, encore très peu exploitée pour répondre à des questions d’écotoxicologie, permet de quantifier les interactions entre nanoparticules et cellules dès les premières secondes de contact et de visualiser leurs effets avec une très bonne résolution spatiale (de l’ordre de la taille des particules, quelques nanomètres). Enfin les techniques choisies permettent un suivi cinétique des réactions entre les algues et les nanoparticules, ce suivi étant essentiel au regard du caractère dynamique des mécanismes étudiés.

A mi-parcours, nos principaux résultats indiquent que :
- Les propriétés morphologiques, mécaniques et la composition chimique de la paroi des microalgues sont très dépendantes de la phase de croissance des cellules et peuvent être modulées par des traitements enzymatiques. Ces résultats pourraient avoir des retombées dans des applications industrielles telles que l’extraction des lipides algaux pour la production de biocarburants.
- L’adhésion des nanoparticules à la paroi des algues, en termes de quantité de particules et de cinétique de sorption, est très dépendante de la charge des nanoparticules et du pH de la solution environnante. Ces paramètres entrainent des différences importantes de comportements des nanoparticules vis-à-vis des algues et modifient la viabilité cellulaire.
- Enfin, les interactions entre certaines protéines impliquées dans les mécanismes de détoxification des algues soumises à des stress (tels que l’exposition à des nanoparticules) ont été mises en évidence, permettant une meilleure compréhension de leur action antioxydante.

La perspective du projet est d’établir des scénarios de toxicité des nanoparticules sur les microalgues, et ce en fonction de leurs propriétés bio-physico-chimiques respectives. Pour y parvenir, le but est d’établir des connections entre la dynamique de partition des nanoparticules (c’est-à-dire leur distribution entre la partie adsorbée à la surface des algues, la partie internalisée dans les algues et la fraction restant dans le milieu extracellulaire) et leurs implications sur la physiologie des cellules.

Un papier est en cours de révision dans Algal Research sur l’effet de la phase de croissance et des traitements enzymatiques sur les propriétés physico-chimiques de la paroi des microalgues.
Un papier a été publié dans Nanoscale Horizons sur les interactions entre enzymes intracellulaires redox. Ce papier a fait la couverture du journal, et a été élu ‘article du mois’ en juillet 22 par la société française de biochimie et biologie moléculaire.

Les effets écotoxicologiques des nanoparticules (NPs) sur les microorganismes résultent d’événements moléculaires prenant place bien en amont de leur répercussion visible. Le but d'ANATOMIC est d’établir des relations mécanistiques entre les propriétés physico-chimiques des NPs et leurs effets biologiques pour mieux comprendre les processus de toxicité. Les interactions moléculaires initiales entre boites quantiques (Quantum Dots, QDs) et les algues vertes Chlorella vulgaris, ainsi que leur réponse intracellulaire au stress seront estimées par des techniques in-situ avancées de microscopie à force atomique (AFM) multiparamétrique, combinée à de la microscopie confocale. La caractérisation des mécanismes moléculaires sera mise en regard des effets délétères mesurés à l'échelle de la population algale. Ce projet contribuera aussi à établir la nanoscopie AFM comme un outil innovant en écotoxicologie.