Fonctionnement et dynamiques des processus décisionnels de gestion des pesticides en France et au Canada

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Fonctionnement et dynamiques des processus décisionnels de gestion des pesticides en France et au Canada

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

The Use of Multi-Criteria Decision Analysis in Performing Alternatives Assessment and Comparative Risk Analysis: The Case Study of Codling Moth Pesticides

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

Effet des pesticides MCPA et imidaclopride sur la régulation des voies de signalisation du récepteur à la dioxine (AhR) et au récepteur aux androgènes (AR)

Avec l’ère industrielle sont venus les polluants environnementaux. Ils sont de plus en plus pointés du doigt pour une variété d’effets indésirables en particulier pour leur potentiel à affecter la santé humaine. Les pesticides font partie de ces polluants et leurs usages ne font que croître depuis une vingtaine d’années. Ces produits qui servent à améliorer la production agricole en éliminant les pestes qui ravagent les récoltes sont souvent peu étudiés à long terme avant d’être homologués. L’effet perturbateur au niveau cellulaire et les effets à long terme de ces pesticides sont peu connus. Pour ce projet de maîtrise, nous avons observé l’effet de deux pesticides, l’imidaclopride et l’acide 2-methyl-4-chlorophenoxyacetic (MCPA), sur les voies de signalisation du récepteur à la dioxine (AhR) et du récepteur aux androgènes (AR). L’imidaclopride est un insecticide de la famille des néonicotinoïdes, une classe de plus en plus utilisée. Ce pesticide est surtout connu pour être en lien avec le déclin des colonies d’abeilles depuis une décennie. Le MCPA est un des herbicides les plus utilisés au Québec, il est persistant et souvent retrouvé dans les eaux de la province. Nous avons traité des cellules du cancer du sein et des cellules du cancer de la prostate avec ces pesticides et nous avons vérifié si leur présence perturbait les deux voies de signalisation cellulaire à l’étude. Le récepteur AhR est un facteur de transcription activé par un ligand. Le TCDD, une dioxine, est le meilleur ligand exogène connu à ce jour de ce récepteur. Par contre, ses ligands naturels, des dérivés du tryptophane ou des facteurs de virulence de bactéries, l’activent de façon beaucoup moins forte. Lors de l’activation de la voie AhR, les gènes CYP1A1 et CYP1B1 sont transcrits et codent pour des enzymes du cytochrome P450 qui transforment les ligands en produits plus facilement éliminables. Dans un contexte où de l’œstradiol (E2) est présent dans les cellules, il y a une interaction croisée entre le récepteur à l’œstrogène (ER) et le récepteur AhR, qui fait en sorte que l’expression de CYP1A1 est réprimée. Cela se traduit en un ratio d’enzyme CYP1A1 à CYP1B1 différent qui pourrait augmenter la possibilité d’une accumulation de métabolites génotoxiques. En effet, CYP1B1 hydroxyle le ligand d’AhR mais aussi l’œstradiol en 4-hydroxyœstradiol (4-OHE), dont l’accumulation peut amener des mutations dans l’ADN alors que l’enzyme CYP1A1 l’hydroxyle en 2-hydroxyœstradiol (2-OHE), qui n’as aucun effet néfaste répertorié sur la cellule. Dans les cellules du cancer du sein, le MCPA appliqué en champs induisait fortement l’expression de CYP1B1 comparable à l’échantillon traité au témoin positif (TCDD), alors que CYP1A1 l’était que très légèrement par rapport au témoin non-traité. Au niveau protéique, CYP1A1 n’était qu’exprimée dans le témoin positif (TCDD) et ce, en quantité moindre lorsqu’il y avait présence d’œstradiol. CYP1B1 était fortement exprimée dans l’échantillon de TCDD, ce qui était attendu, mais aussi dans tous les échantillons traités au MCPA de NuFarm. Ces effets ne sont pas notés avec l’ingrédient actif du MCPA. La présence d’un ou plusieurs autres produits ajoutés dans le MCPA de la compagnie NuFarm en combinaison avec l’ingrédient actif pourrait activer la voie de signalisation d’AhR et causer ce débalancement dans l’expression des gènes CYP1A1 et CYP1B1. Nos résultats indiquent que plusieurs concentrations de l’ingrédient actif de l’imidaclopride ne perturbe pas les voies cellulaires d’AhR ni AR, alors que, le MCPA perturbe ces deux voies cellulaires. Par contre, c’est seulement celui produit par la compagnie NuFarm qui est utilisé en champs. Cette formulation appliquée en terrain agricole inclut l’ingrédient actif ainsi que les antigels, les surfactants et les adjuvants qui permettent au produit d’être plus efficace. L’ingrédient actif du MCPA seul n’affectait pas les deux voies. Le récepteur aux androgènes (AR) est aussi un facteur de transcription qui se lie à l’ADN afin de réguler l’expression des gènes et il est particulièrement important pour le développement et le maintien du phénotype masculin. Depuis une vingtaine d’années, des problèmes de baisse de libido et de fertilité s’accentuent dans notre société et semblent être reliés à la baisse de testostérone des hommes (Travison et al. 2007). Cette molécule est d’ailleurs un des deux ligands du récepteur AR, le deuxième étant la 5-dihydrotestostérone (DHT). Le facteur environnemental plutôt que le mode de vie semble être un facteur déterminant dans l’étude qui portait sur ce déclin. Les pesticides ont déjà été soupçonnés pour avoir un potentiel anti-androgénique, mais aucune étude ne fait un lien de causalité direct. Dans le projet de maitrise présenté dans ce document, l’expression des gènes marqueurs PSA (antigène spécifique de la prostate) et PCA3 (antigène du cancer de la prostate) a été quantifiée pour savoir si les pesticides ont un effet perturbateur sur la voie du récepteur AR. Dans les cellules du cancer de la prostate, l’expression de PSA et PCA3 était semblable au non-traité dans l’échantillon traité au MCPA (NuFarm), et ce, même après l’ajout de DHT, qui active l’expression de ces deux gènes. Cette fois-ci, l’ingrédient actif seul faisait en sorte que les deux gènes marqueurs étaient moins exprimés lors de l’ajout de la DHT, par rapport au témoin. Il semblerait que l’ingrédient actif est à la base de ce changement d’expression de nos gènes marqueurs. Donc, le MCPA pourrait avoir un effet anti-androgénique dans les cellules du cancer de la prostate. Donc, le MCPA est un pesticide qui affecte les voies de signalisation cellulaires AhR et AR. Il est particulier de noter que le pesticide appliqué en champ perturbe nettement plus les voies cellulaires. Il sera important de continuer à étudier les effets des pesticides sur l’homme au niveau cellulaire et de comprendre comment ils pourraient contribuer au développement du cancer.

Determination of endocrine disruptor pesticides in river waters by SPME-GC-MS

FCT - PEst-C/EGE/LA0006/2011

Multi-residue analysis of 39 pesticides in surface waters of Ria de Aveiro

A multi-residue gas chromatography-mass spectrometry method was developed in order to evaluate the presence of 39 pesticides of different chemical families (organophosphorus, triazines, imidazole, organochlorine), as well as some of their transformation products, in surface water samples from Ria de Aveiro. Ria de Aveiro is an estuarine coastal lagoon, located in the northern west region of Portugal, which receives inputs from agriculture, urban and industrial activities. The analytical method was developed and validated according international guidelines and showed good linearity, with correlation coefficients higher than 0.9949 for all compounds, adequate precision and accuracy, and high sensitivity. Pesticides were chosen from the priority pollutants list of the Directive 2008/105/EC of the European Parliament and of the Council (on environmental quality standards in the field of water policy), or were selected due their common use in agricultural practices. Some of these 39 pesticides are, or are suspected to be, endocrine disruptor compounds (EDCs), being capable of altering the endocrine system of wildlife and humans, causing form malfunction and ultimately health problems. Even those pesticides which are not EDCs, are known to be awfully toxic and have a recognised impact in human health. The aquatic environment is particularly susceptible to pollution due to intentional and accidental release of chemicals to water [3]. Pesticide contamination of surface water is a national issue as it is often used as drinking water. This concern is especially important in rural agricultural areas where population uses small private water supplies, regularly without any laboratory surveillance. The study was performed in seven sampling points and the results showed a considerable concern pesticide contamination of all samples.

Development of gene expression-based biomarkers of exposure to metals and pesticides in the freshwater amphipod Hyalella azteca

Ecological risk assessment (ERA) is a framework for monitoring risks of exposure and adverse effects of environmental stressors to populations or communities of interest. One tool of ERA is the biomarker, which is a characteristic of an organism that reliably indicates exposure to or effects of a stressor like chemical pollution. Traditional biomarkers which rely on characteristics at the tissue level and higher often detect only acute exposures to stressors. Sensitive molecular biomarkers may detect lower stressor levels than traditional biomarkers, which helps inform risk mitigation and restoration efforts before populations and communities are irreversibly affected. In this study I developed gene expression-based molecular biomarkers of exposure to metals and insecticides in the model toxicological freshwater amphipod Hyalella azteca. My goals were to not only create sensitive molecular biomarkers for these chemicals, but also to show the utility and versatility of H. azteca in molecular studies for toxicology and risk assessment. I sequenced and assembled the H. azteca transcriptome to identify reference and stress-response gene transcripts suitable for expression monitoring. I exposed H. azteca to sub-lethal concentrations of metals (cadmium and copper) and insecticides (DDT, permethrin, and imidacloprid). Reference genes used to create normalization factors were determined for each exposure using the programs BestKeeper, GeNorm, and NormFinder. Both metals increased expression of a nuclear transcription factor (Cnc), an ABC transporter (Mrp4), and a heat shock protein (Hsp90), giving evidence of general metal exposure signature. Cadmium uniquely increased expression of a DNA repair protein (Rad51) and increased Mrp4 expression more than copper (7-fold increase compared to 2-fold increase). Together these may be unique biomarkers distinguishing cadmium and copper exposures. DDT increased expression of Hsp90, Mrp4, and the immune response gene Lgbp. Permethrin increased expression of a cytochrome P450 (Cyp2j2) and decreased expression of the immune response gene Lectin-1. Imidacloprid did not affect gene expression. Unique biomarkers were seen for DDT and permethrin, but the genes studied were not sensitive enough to detect imidacloprid at the levels used here. I demonstrated that gene expression in H. azteca detects specific chemical exposures at sub-lethal concentrations, making expression monitoring using this amphipod a useful and sensitive biomarker for risk assessment of chemical exposure.

Energy and Antioxidant Responses of Pacific Oyster Exposed to Trace Levels of Pesticides

Here, we assess the physiological effects induced by environmental concentrations of pesticides in Pacific oyster Crassostrea gigas. Oysters were exposed for 14 d to trace levels of metconazole (0.2 and 2 mu g/L), isoproturon (0.1 and 1 mu g/L), or both in a mixture (0.2 and 0.1 mu g/L, respectively). Exposure to trace levels of pesticides had no effect on the filtration rate, growth, and energy reserves of oysters. However, oysters exposed to metconazole and isoproturon showed an overactivation of the sensing-kinase AMP-activated protein kinase alpha (AMPK alpha), a key enzyme involved in energy metabolism and more particularly glycolysis. In the meantime, these exposed oysters showed a decrease in hexokinase and pyruvate kinase activities, whereas 2-DE proteomic revealed that fructose-1,6-bisphosphatase (F-1,6-BP), a key enzyme of gluconeogenesis, was upregulated. Activities of antioxidant enzymes were higher in oysters exposed to the highest pesticide concentrations. Both pesticides enhanced the superoxide dismutase activity of oysters. Isoproturon enhanced catalase activity, and metconazole enhanced peroxiredoxin activity. Overall, our results show that environmental concentrations of metconazole or isoproturon induced subtle changes in the energy and antioxidant metabolisms of oysters.