Le lagon d’Indian River, en Floride, est confronté à une prolifération croissante de phytoplancton, entraînant des conditions toxiques. Une étude menée par la Florida Atlantic University a révélé différents niveaux de toxicité et la présence de toxines connues et potentiellement nouvelles, soulignant le
l’importance de la surveillance des conséquences sur la santé humaine. Des algues toxiques fleurissent à la surface de l’eau. Crédit : Institut océanographique de la branche portuaire de la FAU
Les scientifiques de la FAU Harbor Branch découvrent des schémas distinctifs de dommages cellulaires liés aux toxines dans le lagon d’Indian River en Floride.
L’Indian River Lagoon (IRL) en Floride, s’étendant sur 156 milles de long, est bordé par cinq comtés et contient cinq criques le reliant à l’océan Atlantique. Ces derniers temps, cet estuaire a été confronté à plusieurs incidents de prolifération de phytoplancton, déclenchés par la hausse des températures saisonnières et des facteurs environnementaux.
Les proliférations d’algues produisent une myriade de petites molécules organiques, dont beaucoup peuvent être toxiques pour les humains et les animaux. Parmi ces producteurs de phycotoxines se trouve Microcystis aeruginosa, une cyanobactérie d’eau douce, que l’on trouve dans le sud de l’IRL. Des quantités mesurables de microcystines ont été trouvées dans des prélèvements nasaux effectués sur des personnes qui vivent et travaillent à proximité de la zone, bien que la découverte de microcystines dans les muqueuses puisse être la preuve que le corps fait son travail pour les éliminer.
Méthodologie de recherche
Pour aider à découvrir les risques potentiels pour la santé humaine associés aux proliférations d’algues nocives dans l’IRL, des chercheurs du Harbor Branch Oceanographic Institute de la Florida Atlantic University ont collecté des échantillons d’eau sur 20 sites du lagon pendant les saisons humides et sèches sur une période de trois ans. Les échantillons ont été extraits pour concentrer les molécules organiques et ces extraits ont été utilisés dans les tests.
Pour identifier la présence de toxines connues ou émergentes, les chercheurs ont utilisé un panel de lignées cellulaires humaines immortalisées correspondant au foie, aux reins et au cerveau pour mesurer la cytotoxicité. Des lignées de cellules humaines conçues pour exprimer des transporteurs d’ions, des globules rouges et l’activité contre une enzyme protéine phosphatase ont également été utilisées dans l’étude. Ces cellules et activités biologiques ont été sélectionnées car elles sont connues pour être affectées par les toxines des algues et présentent des schémas d’activité uniques pour les toxines connues.
Esther Guzmán, Ph.D., auteur correspondant et professeur-chercheur à la FAU Harbour Branch. Crédit : Institut océanographique de la branche portuaire de la FAU
Les échantillons ont été testés à des concentrations élevées pour détecter autant de métabolites que possible, et ceux présentant une cytotoxicité supérieure à 50 pour cent ont été considérés comme actifs. Les échantillons présentant une toxicité élevée ont ensuite été soumis à une analyse par spectrométrie de masse par chromatographie liquide et haute résolution afin d’évaluer les métabolites présents dans l’échantillon.
Résultats et observations de l’étude
Résultats de l’étude, publiés dans la revue Toxines, montrent que chaque toxine témoin induit un modèle cohérent de cytotoxicité dans le panel de lignées cellulaires humaines analysées. Durant les floraisons, la cytotoxicité due à un seul type de toxine était évidente à partir de ce schéma. En l’absence de blooms, la cytotoxicité observée reflétait soit un mélange de toxines, soit était provoquée par une toxine non identifiée.
« L’observation la plus intéressante de notre étude est qu’avec les lignées cellulaires utilisées, nous pourrions suivre les schémas de toxines connues », a déclaré Esther Guzmán, Ph.D., auteur correspondant et professeur-chercheur à la FAU Harbour Branch. « Les toxines connues n’ont été observées que lors des floraisons. Étant donné que la toxicité cellulaire a été observée en l’absence de proliférations, cela suggère qu’il pourrait y avoir soit des toxines émergentes, soit une combinaison de toxines présentes à ces moments-là. Nos résultats suggèrent que d’autres toxines potentiellement nocives pour la santé humaine pourraient être présentes dans le lagon.
Parmi les résultats de l’étude, les sites les plus au nord de la lagune présentaient moins de toxicité que les sites au sud. Des efflorescences cytotoxiques ont été observées dans le sud (Microcyste) et le nord (Pyrodinium) de la lagune. En l’absence de prolifération, South Fork, South Fork 2, North Fork et Middle Estuary (sites un à quatre) dans le sud de l’IRL et Banana River, et North Banana River (NASA) (sites 14 et 15) dans le nord de l’IRL semblaient présenter la plus grande cytotoxicité au moment de l’évaluation.
Sites plus sains et toxines non reconnues
En revanche, Jensen, Fort Pierce Inlet, Harbour Branch Link Port Canal, Vero Beach Land/Ocean Biogeochemical Observatory et Vero Beach Barber Bridge (sites six à 10) semblaient en meilleure santé car il y avait peu d’échantillons présentant une cytotoxicité supérieure à 50 pour cent dans ces sites, bien qu’il y ait eu une variation statistiquement significative dans ces sites.
« Une question majeure à laquelle nous avons cherché à répondre dans cette étude était de savoir s’il existe des toxines non reconnues ou d’autres molécules de signalisation associées à la prolifération d’algues nocives dans le lagon », a déclaré Amy Wright, Ph.D., co-auteur et professeur-chercheur à FAU Harbor. Bifurquer. « Les données recueillies jusqu’à présent suggèrent que c’est effectivement le cas. Surtout, l’utilisation d’un panel de tests pour évaluer la présence de matières toxiques pourrait permettre une meilleure surveillance des impacts sur la santé humaine, en particulier des toxines émergentes dans le système.
Les chercheurs notent que les microcystines constituent principalement une menace pour la santé humaine dans le lagon pendant les proliférations et qu’en raison de la nécessité d’un transport actif, la toxine devrait être ingérée ou inhalée pour présenter une menace pour les humains.
« L’ingestion peut être évitée en filtrant l’eau sur du charbon actif », a déclaré Guzmán. « De la même manière, les effets dus à l’inhalation sont efficacement bloqués par la membrane muqueuse, qui piège les toxines qui sont ensuite éliminées par la toux. Cependant, des expositions aux animaux de compagnie et à la faune peuvent toujours se produire.
Co-auteurs de l’étude Tara A. Peterson, coordinatrice, biologie des cellules cancéreuses, FAU Harbour Branch ; Priscilla Winder, Ph.D., associée de recherche en chimie, FAU Harbour Branch ; Kirstie T. Francis, Ph.D., diplômée de la FAU et actuelle boursière postdoctorale en microbiologie moléculaire, Mote Marine Laboratory ; Malcolm McFarland, Ph.D., professeur-chercheur adjoint en écologie du phytoplancton, FAU Harbour Branch ; Jill C. Roberts, chimiste, FAU Harbour Branch ; et Jennifer Sandle, chimiste, FAU Harbour Branch.
Cette recherche a été financée par une subvention discrétionnaire au Florida Center for Coastal and Human Health de la Harbor Branch Oceanographic Institute Foundation.
