Development of a biosensor for assessing overall toxicity in the marine environment: Choice of micro-organisms - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Communication Dans Un Congrès Année : 2023

Development of a biosensor for assessing overall toxicity in the marine environment: Choice of micro-organisms

Résumé

Preserving the oceans is a major challenge for the 21st century. In 2000, the Water Framework Directive harmonised European regulations on water management in order to protect and restore the good status of aquatic ecosystems, including the marine environment and coastlines [1]. At present, few methods are suitable for diagnosing marine waters [2], so there is a real need for analytical tools to assess the level of toxicity in these environments [3][4][5]. This observation gave rise to the European MOBILTOX project, the aim of which is to provide a response to this metrology issue, in particular through the development of a microbial biosensor. This biosensor relies on a strategy based not on a monospecific approach (a single microbial strain used, as is the case with the majority of approaches currently being developed) but on a set of micro-organisms representative of the indigenous microbial populations of these marine/littoral environments. Consequently, the choice of 'representative' micro-organisms (bioindicators) is crucial. The first step in this project was to sample seawater in Roscoff (Finistère, France) with the collaboration of the Station Biologique de Roscoff (national reference station for Europe's north-west Atlantic coasts) and to highlight its phenotypic properties using Biolog®'s Phenotype Microarrays for Microbial Cells technology. It was found that the microbial composition of the environmental inoculum has the capacity to metabolise different sources of carbon, nitrogen, sulphur and phosphorus. At the same time, a panel of 40 bacterial strains representative of this environment was acquired from the strain bank at the Station Biologique de Roscoff. In this way, the use of representative strains that are easily cultivated, commercially available if required, and non-pathogenic is favoured. These strains were characterised using the same Biolog® method in order to establish the phenotype of each of them. The aim was to identify one or more strains that covered the phenotypic functions of the initial inoculum. Finally, with regard to the carbon cycle, a statistical analysis using ANOVA showed that a panel of 7 strains significantly covered the phenotypic functions of the inoculum. A large number of combinations of strains were tested in order to obtain the best functional recovery rate compared with the functions covered by the initial environmental inoculum. The next stage will be to validate the selected bacterial panel by comparison with a microcosm study, and then to integrate this bacterial panel into a bioassay. Finally, this panel will be integrated into a biosensor before validating the approach in the field. [1] Directive 2000/60/CE du Parlement européen et du Conseil du 23 octobre 2000 établissant un cadre pour une politique communautaire dans le domaine de l'eau. Journal Officiel du 22 décembre 2000, p.1-73. [2] Kokkali, V., & van Delft, W. (2014). Overview of commercially available bioassays for assessing chemical toxicity in aqueous samples. Trends in Analytical Chemistry, 61, 133‑155. [3] Potters, G. (2013). Marine Pollution. Bookboon. [4] Waldichuk, M. (1977). Control of marine pollution: An essay review. Ocean Development & International Law, 4(3), 269‑296. https://doi.org/10.1080/00908327709545594 [5] Olsen, C. R., Cutshall, N. H., & Larsen, I. L. (1982). Pollutant—particle associations and dynamics in coastal marine environments: a review. Marine Chemistry, 11(6), 501‑533. https://doi.org/10.1016/0304-4203(82)90001-9
La préservation des océans est un enjeu majeur du 21ème siècle. En 2000, la directive Cadre sur l'Eau a harmonisé les réglementations européennes concernant la gestion de l'eau afin de protéger et de restaurer le bon état des écosystèmes aquatiques, y compris le milieu marin et le littoral [1]. Actuellement, peu de méthodes sont adaptées au diagnostic des eaux marines [2], il existe donc un réel besoin d'outil analytique pour l'évaluation du niveau de toxicité de ces environnements [3][4][5]. De ce constat est né le projet européen MOBILTOX dont l'enjeu est de répondre à cette problématique de métrologie, au travers notamment le développement d'un biocapteur microbien. Ce biocapteur s'appuie sur une stratégie basée, non pas sur une approche monospécifique (une seule souche microbienne utilisée comme la majorité des approches actuellement développées) mais sur un ensemble de micro-organismes représentatifs des populations microbiennes autochtones de ces environnements marins/littoraux. Par conséquent, le choix des micro-organismes "représentatifs" (bioindicateurs) est crucial. La première étape de ce projet a consisté à échantillonner de l'eau de mer à Roscoff (Finistère, France) avec la collaboration de la Station Biologique de Roscoff (station nationale de référence des côtes Atlantique Nord-Ouest européennes) et à mettre en évidence ses propriétés phénotypiques avec la technologie Phenotype Microarrays for Microbial Cells de Biolog®. Ainsi, il a été constaté que la composition microbienne de l'inoculum environnemental a la capacité de métaboliser différentes sources de carbone, d'azote, de soufre et de phosphore. En parallèle, un panel de 40 souches bactériennes représentatives de cet environnement a été acquis auprès de la banque de souches de la Station Biologique de Roscoff. Ainsi l'utilisation de souches représentatives, facilement cultivables, disponibles commercialement si besoin, non pathogènes est favorisé. Ces souches ont été caractérisées avec la même méthode de chez Biolog® afin d'établir le phénotype de chacune d'entre elles. L'objectif était d'identifier une ou plusieurs souche(s) qui recouvre(nt) les fonctions phénotypiques de l'inoculum initial. Finalement, concernant le cycle du carbone, une analyse statistique par ANOVA a montré qu'un panel de 7 souches permettaient de recouvrir de manière significative les fonctions phénotypiques de l'inoculum. Un grand nombre de combinaisons de souches a été testé afin d'obtenir le meilleur taux de recouvrement fonctionnel comparativement aux fonctions couvertes par l'inoculum environnemental initial. La prochaine étape sera la validation du panel bactérien choisi par comparaison avec une étude en microcosme puis l'intégration de ce panel bactérien dans un bioessai. Enfin, ce panel sera intégré au sein d'un biocapteur avant de valider l'approche sur le terrain. [1] Directive 2000/60/CE du Parlement européen et du Conseil du 23 octobre 2000 établissant un cadre pour une politique communautaire dans le domaine de l'eau. Journal Officiel du 22 décembre 2000, p.1-73. [2] Kokkali, V., & van Delft, W. (2014). Overview of commercially available bioassays for assessing chemical toxicity in aqueous samples. Trends in Analytical Chemistry, 61, 133‑155. [3] Potters, G. (2013). Marine Pollution. Bookboon. [4] Waldichuk, M. (1977). Control of marine pollution: An essay review. Ocean Development & International Law, 4(3), 269‑296. https://doi.org/10.1080/00908327709545594 [5] Olsen, C. R., Cutshall, N. H., & Larsen, I. L. (1982). Pollutant—particle associations and dynamics in coastal marine environments: a review. Marine Chemistry, 11(6), 501‑533. https://doi.org/10.1016/0304-4203(82)90001-9
Fichier non déposé

Dates et versions

hal-04196494 , version 1 (05-09-2023)

Identifiants

  • HAL Id : hal-04196494 , version 1

Citer

Eva Delaunay, Sulivan Jouanneau, Marie-José Thouand Durand, Gerald Thouand. Development of a biosensor for assessing overall toxicity in the marine environment: Choice of micro-organisms. Colloque annuel de la Société d'Ecotoxicologie Fondamentale et Appliquée (SEFA), Jul 2023, Le Havre, France. ⟨hal-04196494⟩
22 Consultations
0 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More