À l’aide d’échantillons provenant d’une enquête en cours sur le plancton marin vieille de près d’un siècle, des chercheurs de la faculté de médecine de l’Université de Californie à San Diego suggèrent que les niveaux croissants de produits chimiques d’origine humaine trouvés dans certaines parties des océans du monde pourraient être utilisés pour surveiller l’impact de l’activité humaine sur la santé des écosystèmes et pourrait un jour être utilisé pour étudier les liens entre la pollution des océans et les taux terrestres de maladies chroniques infantiles et adultes.
Les résultats sont publiés dans le numéro du 6 janvier 2023 de la revue Science de l’environnement total.
« Il s’agissait d’une étude pilote visant à tester la faisabilité de l’utilisation d’échantillons archivés de plancton de l’enquête CPR (Continuous Plankton Recorder) pour reconstruire les tendances historiques de la pollution marine dans l’espace et dans le temps », a déclaré l’auteur principal Robert K. Naviaux, MD, PhD, professeur au Département de médecine, de pédiatrie et de pathologie à la faculté de médecine de l’UC San Diego. « Nous avons été motivés à explorer ces nouvelles méthodes par l’augmentation alarmante des maladies chroniques chez les enfants et les adultes qui s’est produite dans le monde depuis les années 1980.
« Des études récentes ont souligné le lien étroit entre la pollution des océans et la santé humaine. Dans cette étude, nous avons posé la question : les changements dans l’exposome du plancton (la mesure de toutes les expositions au cours d’une vie) sont-ils corrélés à la santé des écosystèmes et des pêches ?
« Nous voulions également jeter les bases pour poser une deuxième question : les produits chimiques fabriqués par l’homme dans le plancton peuvent-ils être utilisés comme baromètre pour mesurer les changements dans la chimiosphère mondiale qui pourraient contribuer aux maladies infantiles et adultes ? En d’autres termes, nous voulions tester l’hypothèse. que le renouvellement rapide et la sensibilité à la contamination du plancton pourraient en faire une version marine du canari dans la mine de charbon. »
Basée au Royaume-Uni, la CPR Survey est l’enquête sur l’écologie marine la plus ancienne et la plus étendue géographiquement au monde. Depuis 1931, près de 300 navires ont parcouru plus de 7,2 millions de milles remorquant des dispositifs d’échantillonnage qui capturent le plancton et les mesures environnementales dans tous les océans du monde, la Méditerranée, la mer Baltique et la mer du Nord et dans les lacs d’eau douce.
L’effort, ainsi que des programmes complémentaires ailleurs, vise à documenter et à surveiller la santé générale des océans, sur la base du bien-être du plancton marin – une collection diversifiée d’organismes généralement minuscules qui fournissent de la nourriture à de nombreuses autres créatures aquatiques, des mollusques pêcher aux baleines.
« Le plancton marin existe dans tous les écosystèmes océaniques », a déclaré la co-auteure de l’étude, Sonia Batten, PhD, ancienne coordinatrice du Pacific CPR et actuellement secrétaire exécutive de la North Pacific Marine Science Organization. « Ils créent des communautés complexes qui forment la base du réseau trophique et jouent un rôle essentiel dans le maintien de la santé et de l’équilibre des océans. Le plancton est généralement de courte durée et très sensible aux changements environnementaux. »
Naviaux, co-auteur correspondant Kefeng Li, PhD, scientifique du projet dans le laboratoire de Naviaux, et ses collègues ont évalué des spécimens de plancton prélevés à trois endroits différents dans le Pacifique Nord à des moments différents entre 2002 et 2020, puis ont utilisé une variété de technologies pour évaluer leur exposition à différents produits chimiques fabriqués par l’homme, y compris les produits pharmaceutiques ; les polluants organiques persistants (POP) tels que les produits chimiques industriels ; pesticide; phtalates et plastifiants (produits chimiques dérivés des plastiques); et produits de soins personnels.
La quantité de bon nombre de ces polluants a diminué au cours des deux dernières décennies, ont déclaré les chercheurs, mais pas de manière universelle et souvent de manière complexe. Par exemple, des analyses suggèrent que les niveaux d’anciens POP et de l’amoxicilline, un antibiotique courant, ont largement diminué dans l’océan Pacifique Nord au cours des 20 dernières années, peut-être en partie à cause d’une réglementation fédérale accrue et d’une diminution de l’utilisation globale d’antibiotiques aux États-Unis et au Canada, mais les résultats sont faussés par des augmentations simultanées de la consommation en Russie et en Chine.
Les échantillons les plus pollués ont été prélevés dans les zones côtières les plus proches de l’activité humaine et soumises à des phénomènes tels que le ruissellement terrestre et l’aquaculture. Dans ces endroits, il y avait des niveaux plus élevés et un plus grand nombre de produits chimiques différents trouvés dans les taxons de plancton vivant dans ces environnements côtiers.
Les auteurs ont déclaré que leur projet pilote ouvre la voie à des recherches de suivi conçues pour examiner les corrélations entre l’exposome du plancton, les relations prédateur-proie et les pêcheries touchées.
« Des études de suivi par des épidémiologistes et des écologistes marins sont nécessaires pour tester si et comment l’exposome du plancton est en corrélation avec des tendances médicales importantes dans les populations humaines voisines comme la mortalité infantile, l’autisme, l’asthme, le diabète et la démence », a déclaré Naviaux.
Naviaux a noté que les résultats présentent de nouveaux indices pour expliquer la nature de nombreuses maladies chroniques dans lesquelles les phases de la réponse au danger cellulaire (CDR) persistent, entraînant des symptômes chroniques.
Depuis plus d’une décennie, Naviaux et ses collègues ont postulé que l’accumulation de données suggère que de nombreuses maladies et maladies chroniques, allant des troubles neurodéveloppementaux comme les troubles du spectre autistique et les troubles neurodégénératifs comme la SLA au cancer et à la dépression majeure, sont au moins en partie la conséquence d’un dysfonctionnement métabolique qui se traduit par cicatrisation incomplète, caractérisée comme CDR.
Naviaux a publié de nombreux articles sur le sujet, y compris sur la façon dont le CDR peut être affecté par des facteurs environnementaux qui entraînent un dysfonctionnement métabolique et des maladies chroniques.
« Le but du CDR est d’aider à protéger la cellule et à relancer le processus de guérison après une blessure, en provoquant le durcissement des membranes de la cellule, la diminution et la modification de son interaction avec les voisins, et la réorientation de l’énergie et des ressources pour la défense jusqu’à ce que le danger soit passé. « , a déclaré Naviaux.
« Mais parfois, le CDR reste bloqué. Cela empêche l’achèvement du cycle de guérison naturel, modifiant la façon dont la cellule réagit au monde. Lorsque cela se produit, les cellules se comportent comme si elles étaient toujours blessées ou en danger imminent, même si la cause initiale de la blessure ou la menace est passée. Nous avons appris que de nombreux types de produits chimiques environnementaux, de traumatismes, d’infections ou d’autres types de stress peuvent retarder ou bloquer l’achèvement du cycle de guérison. Lorsque cela se produit, cela entraîne les symptômes d’une maladie chronique. «
« Le CDR est un processus de tout le corps qui commence par les mitochondries et la cellule. Les mitochondries sont des organites de la cellule qui agissent comme des bio-sentinelles qui surveillent en permanence la chimie de la cellule et de son environnement. Les mitochondries régulent l’activité métabolique nécessaire à l’énergie et mouvement, l’immunité innée, pour réguler la santé du microbiome et pour fabriquer les éléments de base nécessaires à la réparation des tissus après une blessure. »
Dans l’étude sur le plancton marin, Naviaux et ses co-auteurs ont découvert que les substances perfluoroalkyles (produits chimiques couramment utilisés pour améliorer la résistance à l’eau de divers produits de tous les jours, des emballages aux vêtements en passant par les ustensiles de cuisine) étaient prédominantes dans l’exposome du plancton.
Ces substances sont connues pour inhiber certaines protéines mitochondriales, y compris une enzyme importante utilisée pour réguler le métabolisme du cortisol et les réponses des organismes au stress. D’autres produits chimiques trouvés comprenaient des phtalates provenant de plastiques et de produits de soins personnels, tels que des lotions et des shampooings. Les phtalates sont des perturbateurs endocriniens qui augmentent dans l’exposome du plancton depuis plus de 20 ans et ont des effets à la fois directs et indirects sur les mitochondries.
« Le plancton réagit aux produits chimiques dans son exposome, en partie par des changements dans ses propres mitochondries qui modifient sa biologie », a déclaré Naviaux, « et de même, je dirais, les humains. J’espère que l’utilisation de nos méthodes par des groupes de recherche du monde entier renforcera le lien entre la santé des écosystèmes et la santé humaine et fournira de nouveaux outils pour surveiller l’évolution de l’empreinte chimique humaine au cours du siècle dernier.
« Si les liens s’avèrent suffisamment étroits, l’exposomique du plancton provenant de sites d’observatoires du monde entier pourrait être utilisée à l’avenir pour suivre et réduire la pollution qui entraîne des maladies humaines. »
Les co-auteurs incluent : Jane C. Naviaux, Sai Sachin Lingampelly, Lin Wang et Jonathan M. Monk, tous à UC San Diego ; et Claire M. Taylor et Clare Ostle, toutes deux de la Marine Biological Association.
Le financement de cette recherche est venu, en partie, d’un consortium de bailleurs de fonds par l’intermédiaire de l’Organisation des sciences marines du Pacifique Nord, composé du Conseil de recherche du Pacifique Nord, du Conseil d’administration des déversements d’hydrocarbures de l’Exxon Valdez par l’intermédiaire de Gulf Watch Alaska, du ministère canadien des Pêches et des Océans et de la Marine Association Biologique; le Fonds UC San Diego Christini et la Fondation Lennox.