Les nanoparticules perturbent les algues

Publié par Adrien le 30/11/2020 à 09:00
Source: Université de Genève
Le nanoargent est utilisé dans de nombreux produits, des textiles aux cosmétiques, pour ses vertus antibactériennes. Mais, à haute concentration, il perturbe également le métabolisme d'algues essentielles à la dynamique du réseau trophique aquatique et à la production de l'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de...) terrestre.


Image de l'absorption de nanoargent par l'algue (Les algues sont des êtres vivants capables de photosynthèse dont le cycle de vie se...) brune-dorée Poterioochromonas malhamensi, réalisée par microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique...) optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...). Les nanoparticules perturbent le métabolisme (Le métabolisme est l'ensemble des transformations moléculaires et énergétiques...) de cette algue.
© UNIGE/ Wei Liu (Liu (chinois : 柳宿, pinyin : liǔ xiù) est une loge lunaire de...)

Les produits issus de la nanotechnologie (Les nanosciences et nanotechnologies (NST) peuvent être définies a minima comme l'ensemble des...) sont performants et en plein essor, mais leurs effets sur l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...) sont encore mal compris. Une équipe de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) de l'Université de Genève (L'université de Genève (UNIGE) est l'université publique du canton de Genève en...) (UNIGE), en collaboration avec l'Université de Californie (L'université de Californie est une université américaine, fondée en 1868, dont...) à Santa Barbara, s'est intéressée aux effets du nanoargent, actuellement utilisé dans près de 450 produits pour ses propriétés antibactériennes, sur les algues Poterioochromonas malhamensis. Publiés dans la revue Scientific Reports, leurs résultats montrent que le nanoargent et son dérivé, l'argent (L’argent ou argent métal est un élément chimique de symbole Ag — du...) sous forme ionique, perturbent l'entièreté du métabolisme de cette algue. Sa membrane devient plus perméable, les dérivés actifs de l'oxygène sont en augmentation et la photosynthèse (La photosynthèse (grec φῶς phōs, lumière et...) moins efficace.

L'équipe helvetico-américaine démontre pour la première fois que le nanoargent, suite à son absorption dans les vacuoles alimentaires des algues d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) douce, induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de...) des perturbations métaboliques. Cette étude ouvre la voie à une détection précoce des changements métaboliques induits par les nanoparticules, avant qu'ils ne s'expriment physiologiquement.

Le nanoargent est utilisé pour ses propriétés antibactériennes et compose, entre autres, les textiles et les cosmétiques. En outre, l'industrie agroalimentaire, biomédicale et biopharmaceutique s'y intéresse pour développer des appareils, des médicaments, des engrais (Les engrais sont des substances, le plus souvent des mélanges d'éléments...) et des pesticides. "Comme il est destiné à détruire, repousser ou rendre inoffensifs les organismes nuisibles comme les bactéries (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées...), les scientifiques se sont rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie)...) compte qu'il pouvait également être nocif pour les organismes cruciaux pour notre environnement", indique Vera Slaveykova, du Département F.A. Forel pour les sciences de l'environnement et de l'eau de la Faculté des sciences de l'UNIGE.

Pour évaluer l'influence des produits issus de la nanotechnologie sur le phytoplancton et en mesurer les conséquences pour l'environnement aquatique, la chercheuse et son équipe a mené une étude sur l'algue Poterioochromonas malhamensis, utilisée comme modèle de phytoplancton. "Le phytoplancton est présent un peu partout, dans les lacs et les océans (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par...). Il produit presque la moitié de l'oxygène que l'on respire. Elles ont un deuxième rôle essentiel, elles sont à la base de la chaine alimentaire. Si elles accumulent les nanoparticules, celles-ci seront intégrées dans toute la chaine alimentaire aquatique", indique la chercheuse.

Perturbation multiple

L'étude menée par la chercheuse de l'UNIGE démontre que le traitement in vitro (In vitro (en latin : « dans le verre ») signifie un test en tube, ou, plus...) de ces algues par le nanoargent perturbe le métabolisme des acides aminés essentiels à la fabrication des protéines cellulaires, le métabolisme des nucléotides important pour les gènes, des acides gras et tricarboxyliques composant les membranes, mais également les éléments de la photosynthèse et de la photorespiration.

Les résultats de l'étude suggèrent que les ions d'argent, libérés par les nano particules d'argent, sont le principal facteur de toxicité (La toxicité (du grec τοξικότητα...). "Le nanoargent est internalisé dans les cellules d'algues par des mécanismes de phagocytose utilisés pour alimenter les cellules en matière organique (La matière organique (MO) est la matière carbonée produite en général par...)", précise Vera Slaveykova. L'étude est la première démonstration (En mathématiques, une démonstration permet d'établir une proposition à partir...) que les nanoparticules peuvent emprunter cette voie d'internalisation chez une espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type »...) de phytoplancton. "Ces mesures ont été réalisées à Genève par le Dr Liu. Il a utilisé des techniques de microscopie électronique à transmission. Ce mécanisme d'entrée est connu uniquement chez les Poterioochromonas malhamensis, nous ne savons pas si les autres phytoplanctons l'expriment également", précise la chercheuse.

Pour finir de démontrer la toxicité du nanoargent, l'équipe internationale de recherche a mis en évidence que les perturbations métaboliques induisent des dysfonctionnements de type physiologiques. Elle a observé une peroxydation des lipides menant à la perméabilisation des membranes, un accroissement du stress (Le stress (« contrainte » en anglais), ou syndrome général...) oxydatif et une photosynthèse moins efficace, donc une production d'oxygène amoindrie.

Une approche à implanter

L'étude souligne tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) le potentiel de la métabolomique, à savoir l'analyse de l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) des métabolites d'une cellule comme les sucres ou les acides aminés, pour comprendre la base moléculaire des bouleversements observés. "C'est un apport fondamental au domaine, car si les approches métabolomiques sont en place dans les sciences médicales et pharmaceutiques, il n'en est rien pour la toxicologie (La toxicologie est la science étudiant) environnementale, où la métabolomique du phytoplancton n'en est qu'à ses débuts.

Cette technique offre donc la possibilité de détecter de manière précoce les changements induits par une toxine (Une toxine est une substance toxique pour un ou plusieurs organismes vivants. Le Petit Larousse de...), en amont d'effets plus globaux comme l'arrêt de la croissance des algues et son impact sur la production d'oxygène. Comme il n'est jamais évident de démontrer les relations entre les causes et leurs effets sur des environnements complexes, il est désormais primordial d'utiliser de telles approches", conclut Vera Slaveykova.
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