Thèse Hydrosystèmes et Pressions Anthropiques Développement de Biomarqueurs Métabolomiques pour Caractériser des Pressions de Pollution H/F - 34

Établissement : Université de Montpellier
École doctorale : GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
Laboratoire de recherche : HSM - Hydrosciences Montpellier
Direction de la thèse : Frédérique COURANT ORCID 000000032237775X
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-07T23:59:59

Les efforts actuels de surveillance environnementale se concentrent souvent sur les contaminants connus et réglementés, en négligeant les effets des composés non mesurés et les perturbations biochimiques subtiles. Les approches omiques, et en particulier la métabolomique, permettent de caractériser de manière intégrée les réponses biologiques des organismes aquatiques exposés à un mélange de contaminants environnementaux. Leur application sur le terrain offre une opportunité innovante pour identifier des marqueurs de stress reliés aux effets biologiques déclenchés par des pressions environnementales multiples. Cependant, leur application in situ se heurte à certaines limites. La démarche binaire différentielle classique (organismes échantillonnés sur site témoin vs site exposé) est parfois complexifiée par des facteurs de variabilité de l'environnement (différence d'habitat, d'accès à la nourriture, de facteurs abiotiques, mécanismes d'adaptation...) qui peuvent confondre les résultats et aboutir à des faux positifs en termes de marqueur de stress biochimique. Une façon de contourner cette limite serait de travailler sur un gradient de pression anthropique afin de mettre en évidence des marqueurs potentiellement plus robustes, corrélés quantitativement à la pression chimique exercée sur les sites. L'idée est ainsi d'évaluer la faisabilité d'identifier des signatures moléculaires robustes, établies à partir de relations dose-réponse quantitatives, comme indicateurs innovants et intégratifs de pressions multiples dans des milieux proches des zones côtières. L'utilisation de la gambusie, espèce tolérante et ubiquiste des hydrosystèmes méditerranéens, permettrait de documenter les interactions entre qualité chimique et réponses biologiques, dans des zones à forts enjeux territoriaux. Ce projet ambitionne de poser les bases de la recherche de nouveaux outils de biosurveillance moléculaire, transférables vers des espèces locales, contribuant ainsi i) à l'amélioration des capacités de suivi des aléas écotoxicologiques et de la qualité de la ressource en eau et ii) à l'éclairage de la décision publique dans un contexte de changements globaux.

Les approches de biomonitoring actif développées ces dernières années ont permis d'importants progrès dans l'évaluation des pressions chimiques dans les milieux aquatiques. L'utilisation d'organismes encagés permet d'estimer la contamination biodisponible et ainsi de prioriser les substances à suivre à grande échelle (Maloney et al., 2023 ; Lecomte et al., 2025). Parallèlement, le suivi des réponses biologiques à travers des biomarqueurs spécifiques, permet de détecter des effets d'une pollution dans des contextes environnementaux contrastés (Fernandes et al., 2008 ; Slaby et al., 2024). Ces approches constituent aujourd'hui des outils robustes et scientifiquement éprouvés, qui complètent utilement les dispositifs de surveillance réglementaire, même si leur intégration dans les réseaux de suivi officiels reste encore en développement. Elles reposent toutefois sur un nombre restreint de marqueurs, ce qui limite leur capacité à appréhender la diversité des expositions et des réponses biologiques associées aux mélanges complexes de contaminants rencontrés sur le terrain.

Dans ce contexte, les approches omiques - et en particulier la métabolomique - offrent une perspective complémentaire. Elles constituent des outils innovants pour explorer de façon exhaustive les réponses moléculaires des organismes aquatiques exposés à des contaminants environnementaux (Bonnefille et al., 2018 ; Dumas et al., 2020 ; Dumas et al., 2021). En conditions expérimentales contrôlées, elles permettent d'identifier les mécanismes d'action des substances chimiques et de définir des signatures moléculaires pouvant servir de marqueurs précoces d'effets apicaux observables (Dumas et al., 2022). Leur application sur le terrain pourrait constituer des outils intéressants pour identifier des marqueurs de stress, offrant ainsi une vision intégrée des effets biologiques liés à des pressions environnementales multiples. Cependant, l'application in situ de la métabolomique se heurte à certaines limites. La démarche binaire différentielle classique (organismes échantillonnés sur site témoin vs site exposé) est parfois complexifiée par des facteurs de variabilité de l'environnement (différence d'habitat, d'accès à la nourriture, de facteurs abiotiques, ...) qui peuvent confondre les résultats et aboutir à des faux positifs (Bundy et al., 2009 ; Schmidt et al., 2013).
Ce projet propose d'explorer l'intérêt de l'approche métabolomique couplée à la mesure de paramètres apicaux (condition corporelle, fécondité, réserves lipidiques, activités de biotransformation, neurotransmission), pour identifier un panel de marqueurs d'effet sur un organisme bioindicateur robuste, capable de tolérer de larges variations de paramètres environnementaux (température, salinité, hypoxie, pollution) : la gambusie G. holbrooki (Pyke, 2005, Brockmeier et al., 2013). La collecte des gambusies sur le terrain ne pose pas de problème car cette espèce est généralement présente en grand nombre et facile à échantillonner, même dans les milieux pollués. Cet aspect de la biologie de la gambusie permet de travailler le long de gradient de pression anthropique dans l'objectif d'identifier des marqueurs robustes corrélés quantitativement à l'intensité et à la nature de la pression chimique exercée, en limitant l'influence des autres facteurs de variation environnementaux. La gambusie est capable de coloniser une large gamme de milieux, des eaux douces aux eaux de transition et salées, ce qui en fait un organisme modèle pertinent pour étudier l'interface eau douce-eau marine (Chervinski et al., 1983). Dans le bassin méditerranéen, les rivières et milieux de transition tels que les lagunes et zones littorales constituent des compartiments clés du continuum terre-mer. Bien que ces écosystèmes aient été moins étudiés que les milieux strictement continentaux, ils subissent néanmoins de fortes pressions anthropiques, en particulier chimiques, liées aux pesticides, aux résidus pharmaceutiques et à d'autres polluants émergents (Martin et al., 2025a).
L'objectif principal de ce projet est d'évaluer la faisabilité d'identifier chez la gambusie des signatures moléculaires robustes, établies à partir de relations dose-réponse quantitatives in situ, comme indicateurs innovants et intégratifs de pressions multiples dans des milieux proches des zones côtières.

Ce projet a pour objectif de contribuer à l'enjeu de développement d'indicateurs innovants pour caractériser les pressions multiples sur les écosystèmes aquatiques et leurs effets le long du continuum eau douce-eau marine, dans des eaux de transitions souvent moins investiguées mais stratégiques. Il posera les bases de la recherche de nouveaux outils de biosurveillance moléculaire.

La stratégie de ce projet sera la suivante :
- Caractérisation des sites étudiés : dans le cadre du projet GambOc (https://biodivoc.edu.umontpellier.fr/recherche/projets-consortium/projet-de-consortium-gamboc/), la pollution aquatique de différents milieux aux usages anthropiques variés (agricoles, urbains et industriels) a été caractérisée (Martin et al., 2025b, 2025a). Dans le cadre de ce projet de thèse, 7 à 8 sites contrastés, représentant un gradient de pressions chimiques croissant, pourront être identifiés. Des échantillons d'eau seront prélevés afin de compléter et affiner la caractérisation de la pression chimique déjà réalisée dans le cadre du projet antérieur, de manière à décrire précisément les conditions au moment du prélèvement des organismes. Outre les pesticides, résidus pharmaceutiques et substances extrêmement préoccupantes, telles que les PMT (substances Persistantes, Mobiles, Toxiques) (Hale et al., 2022) dans l'eau, l'imprégnation chimique des organismes par des contaminants historiques bioaccumulables (PCB, HAP, PBDE, pesticides organochlorés...) viendrait compléter la caractérisation chimique des sites sélectionnés. Des analyses ciblées (quantitatives) et non ciblées (empreintes chimiques semi-quantitatives, plus exhaustives) pourront être réalisées.
- Prélèvement des organismes et mesure des paramètres apicaux : les gambusies seront échantillonnées sur les sites du gradient de pression selon un protocole de capture standardisé. Leur condition corporelle (indice de Fulton, indice hépato-somatique, teneurs en lipides musculaires) et leur investissement reproducteur (indice gonado-somatique, nombre d'oeufs fécondées) seront déterminés.
- Acquisition des signatures métabolomiques et analyses moléculaires : les tissus (branchies, foie) seront extraits selon une méthodologie développée au laboratoire HSM pour les analyses métabolomiques. Les empreintes métabolomiques seront générées par Chromatographie Liquide couplée à la Spectrométrie de Masse Haute-Résolution. Un premier traitement bioinformatique des données (Environnement R, library xcms) permettra de générer un tableau de données correspondant aux différents signaux détectés lors de l'analyse. Une annotation des signaux (pour faire correspondre un signal à un métabolite quand possible) sera réalisée grâce à une banque de données interne à Hydrosciences (recensant + de 350 métabolites endogènes) et aux bases de données externes disponibles gratuitement en ligne (KEGG, HMDB, ...)
- Intégration des données et modélisation pression-effet : l'analyse des données intégrera les données métabolomiques et apicales pour établir des relations quantitatives entre un panel restreint de marqueurs identifiés chez les organismes et l'intensité (charge en polluants) /nature (type de polluants) des pressions anthropiques mesurées dans le milieu, via des modèles dose-réponse et analyses multivariées. Des outils innovants dédiés aux approches omiques, tels que DRomics (Larras et al., 2018) seront utilisés pour étudier les relations dose-réponse.