Le programme Envirhom-Eco

Envirhom-Eco s’inscrit dans les objectifs et priorités de recherche en radioécologie définis par l’Alliance européenne en radioécologie, ainsi qu’ils sont décrit dans l’agenda stratégique de recherche (SRA). L’un des trois objectifs de cet agenda de recherche consiste en la « compréhension des effets à différents niveaux d’organisation biologique afin de prédire in fine les conséquences écologiques d’expositions réalistes aux radionucléides, seuls ou en mélange ».

Cette compréhension vise aussi à proposer et justifier des méthodes et connaissances nécessaires à la construction du système de radioprotection de l’environnement. Dans ce cadre, les objectifs principaux d’Envirhom-Eco sont d’apporter des éléments de réponses à plusieurs questions :

• Quels sont les niveaux d’exposition pour lesquels la protection des écosystèmes est assurée ? Les critères de protection, indispensables évaluer et gérer le risque pour les écosystèmes,  sont déterminés sur la base des relations entre le niveau d’exposition (exprimés en dose ou débit de dose) et les réponses des fonctions physiologiques des espèces représentatives de la structure des écosystèmes.
• Les réponses de ces espèces observées au niveau macroscopique, peuvent-elles être reliées à des indicateurs (biomarqueurs d’exposition et d’effet) des modes d’action toxiques des stresseurs étudiés (type de rayonnement, voie d’exposition, etc.) ?

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Si le mode d’action élémentaire des rayonnements ionisants est relativement bien connu au niveau moléculaire, les conséquences délétères à des niveaux d’organisation biologique supérieurs (cellule, tissu, organe, individu, population, communauté, écosystème) restent complexes et difficiles à prédire sur le long-terme ou en conditions d’exposition réelles in situ. Les outils de criblage haut débit et les approches avancées utilisant des biomarqueurs spécifiques pour qualifier et quantifier les dommages du génome et de l’épigénome permettent aujourd’hui d’explorer de nouvelles pistes pour comprendre les mécanismes gouvernant la propagation des réponses à plusieurs échelles d’organisation du vivant et les réponses multi-générationnelles des populations d’espèces animales et végétales lors de leur exposition chronique (effet maternel, effets héréditaires, réponses adaptatives, instabilité génomique). Les connaissances acquises ainsi que les méthodes et modèles développés au sein d’Envirhom-Eco sont au service de l’expertise environnementale dédiée à l’évaluation et la gestion du risque aux écosystèmes pour les situations d’exposition chronique (programme Risque-Eco).

Le programme Envirhom-Eco (et sa déclinaison opérationnelle au travers du programme Risque-Eco) vise donc à mieux comprendre les processus d’exposition des organismes aux radionucléides, à identifier les mécanismes à l’origine des effets biologiques et à relier les perturbations observées chez les individus aux effets à des niveaux d’organisation écologique supérieurs (populations, communautés, écosystèmes). L’approche suggérée va au-delà de l’approche classique en écotoxicologie (établissement de relations dose-effet) en insistant sur l’aspect novateur dédié à la compréhension (et à la modélisation) des relations entre les réponses des cibles moléculaires et les différents niveaux d’organisation supérieur du vivant.

Cinq axes de recherche principaux ont été définis :

• l’étude des interactions entre les organismes vivants et leur milieu : il s’agit de comprendre et de quantifier l’influence des facteurs environnementaux sur la biodisponibilité des radionucléides et leur bioaccumulation chez les animaux et les végétaux ;
• l’identification des effets des radionucléides sur la reproduction et plus généralement sur  le « cycle de vie » des organismes : elle passe par la proposition de critères d’effets spécifiques aux différents groupes d’animaux et de végétaux des écosystèmes, validés sur des observations expérimentales en laboratoire ou in situ ;
• l’identification des mécanismes moléculaires de réponses écotoxiques : il s’agit de comprendre les modes d’actions et réactions en cascade, caractériser les dommages et réparations à l’ADN, identifier les cibles moléculaires, comprendre les conséquences à l’échelle de l’individu et mettre en évidence les différences de radiosensibilité au sein d’une espèce (i.e., différence de sensibilité d’un organe ou d’un tissu à l’autre, d’un stade de vie à l’autre) et entre les espèces ;
• l’identification et la compréhension des processus d’interactions entre contaminants  en mélange (métaux stables, substances organiques, substances radioactives) : cela passe par la compréhension et la modélisation des interactions au niveau des expositions (dynamique d’accumulation et d’élimination) et des interactions au niveau des effets (i.e., synergie, antagonisme) ;
• la détermination des conséquences écologiques et des capacités d’adaptation aux expositions chroniques : renforcé notamment depuis 2010 par une collaboration avec l’Ineris et l’université de Québec à Montréal, cet axe d’étude vise à tester expérimentalement chez  divers modèles animaux (par exemple, Caenorhabditis elegans, un nématode), la transmission des caractères génétiques et phénotypiques à la descendance (phénomène de sélection naturelle).

Les développements sont basés sur des études d’écotoxicologie comparée pour divers types de rayonnements ionisants (a, b, g) et/ou de radionucléides (e.g., tritium, uranium, césium). Ces études sont réalisées sur une collection de modèles végétaux et animaux de laboratoire (bactéries, microalgues, plantes supérieures, crustacés, mollusques, insectes, poissons) et s’appuient sur la plateforme Ecoritme. Celle-ci offre notamment un plateau technique intégré (équipements analytiques, élevages d’organismes, laboratoires d’exposition) qui permet de réaliser des expériences en conditions contrôlées pour de nombreux modèles biologiques en utilisant ou non des traceurs radioactifs, des rayonnements ionisants, et des éléments chimiques tels que des métaux.

Ces connaissances acquises en conditions contrôlées sont complétées par des travaux in natura, notamment dans la zone d’exclusion de Tchernobyl, les 100 km autour de la centrale accidentée de Fukusfima Daiichi ou encore les zones sous influence de sites miniers uranifères.