Academic literature on the topic 'Terres rares – Toxicologie'

AbstractThe use of fungicides in agriculture has been playing a role in the enhancement of agricultural yields through the control of pathogens causing serious diseases in crops. Still, adverse environmental and human health effects resulting from its application have been reported. In this study, the possibility of readjusting the formulation of a commercial product combining azoxystrobin and tebuconazole (active ingredients – AIs; Custodia®) towards environmentally safer alternative(s) was investigated. Specifically, the sensitivity of non-target aquatic communities to each AI was first evaluated by applying the Species Sensitivity Distributions (SSDs) approach. Then, mixtures of these AIs were tested in a non-target organism (Raphidocelis subcapitata) denoting sensitivity to both AIs as assessed from SSDs. The resulting data supported the design of the last stage of this study, where mixtures of those AIs at equivalent vs. alternative ratios and rates as in the commercial formulation were tested against two target fungal species: Pyrenophora teres CBS 123929 and Rhynchosporium secalis CBS 110524. The comparison between the sensitivity of non-target aquatic species and the corresponding efficacy towards target fungi revealed that currently applied mixture and rates of these AIs are generally environmentally safe (antagonistic interaction; concentrations below the EC1 for R. subcapitata and generally below the HC5 for aquatic non-target communities), but ineffective against target organisms (maximum levels of inhibition of 70 and 50% in P. teres CBS 123929 and R. secalis CBS 110524, respectively). Results additionally suggest a potentiation of the effects of the AIs by the other formulants added to the commercial product at tested rates. Overall, this study corroborates that commercial products can be optimized during design stages based on a systematic ecotoxicological testing for ingredient interactions and actual efficacy against targets. This could be a valuable pathway to reduce environmental contamination during transition to a more sustainable agricultural production.

Depuis 30 ans, l’utilisation croissante des Lanthanides dans les nouvelles technologies a entraîné des rejets importants de ces métaux vers les écosystèmes aquatiques. Dans une politique mondiale de développement durable visant à préserver la qualité des écosystèmes, la question de l’impact des Lanthanides sur les organismes aquatiques s’est naturellement posée. Néanmoins, les études restent peu nombreuses et aucun consensus ne subsiste concernant la toxicité des Lanthanides. Dans ce contexte, nous avons étudié la toxicité cellulaire des Lanthanides individuellement et en mélanges. Les effets toxiques ont été mis en évidence en mesurant la viabilité de cellules fibroblastiques (ZF4 ; ATCC®, CRL-2050™) et hépatiques (ZFL ; ATCC®, CRL-2643™) de poisson zèbre (Danio rerio), de cellules branchiales (RTgill-W1 ; ATCC®, CRL-2523™) de la truite arc-en-ciel (Oncorynchus mykiss), et des cellules primaires de glandes digestives de corbicule (Corbicula fluminea) exposées à ces métaux. Les résultats ont montré que les Lanthanides sont responsables d’effets toxiques directs sur nos modèles cellulaires. Concernant la toxicité des Lanthanides en mélanges, des effets synergiques ont été observés sur les 3 lignées cellulaires de poissons. Nous nous sommes également intéressés aux mécanismes de détoxification des Lanthanides dans les cellules ZF4 de Danio rerio. Nous avons décidé d’étudier ces acteurs en raison de leurs rôles respectifs dans les phases II et III de la détoxification cellulaire de métaux chez les bivalves et les poissons. Pour cela, la viabilité des cellules ZF4 a été mesurée après des expositions aux Lanthanides en présence d’inhibiteurs spécifiques des glutathion-S-transférases (acide éthacrynique) et des protéines MRP (MK571 et probénécide). Les résultats ont montré que les protéines MRP sensibles au MK571 jouent un rôle dans la détoxification des Lanthanides dans les cellules ZF4. Globalement, les résultats obtenus pour cette recherche ont confirmé que les effets toxiques des Lanthanides à l’échelle cellulaire sont pertinents pour prédire les effets in vivo, dans le cadre d’une évaluation de la toxicité de ces métaux
Since 30 years ago, the growing use of Lanthanides in new technologies has contributed to important releases of these metals into aquatic ecosystems. In a global sustainable development policy aimed at preserving the quality of ecosystems, the impact of Lanthanides on aquatic organisms has naturally been questioned. However, studies on the aquatic ecotoxicology of Lanthanides are incomplete, and no consensus is established yet. In this context, we studied the cellular toxicity of Lanthanides individually and in mixtures. To determine these toxic effects, cell viability was measured on Danio rerio fibroblast-like cells (ZF4; ATCC®, CRL-2050™), Danio rerio hepatic cells (ZFL; ATCC®, CRL-2643™), Oncorhynchus mykiss epithelial cells (RTgill-W1; ATCC®, CRL-2523™), and primary culture of Corbicula fluminea digestive glands exposed to Lanthanides. Direct toxicity of Lanthanides has been observed on all cellular models. Concerning the toxicity of Lanthanides in mixtures, synergistic effects have been underlined on the three fish cell lines. In this research, we focused on the mechanisms of the detoxification of Lanthanides in the case of ZF4 cells from Danio rerio. The effects of Lanthanides were assessed in the presence of specific inhibitors of glutathione-S-transferases (ethacrynic acid) and MRP-like (MK571 and probenecid), by cell viability measurements. We decided to study these actors of the cellular detoxification due to their respective roles in phases II and III of the cellular detoxification of metals in fishes and bivalves. Regarding the results, MRP-like proteins are effectively involved in the detoxification of Lanthanides in ZF4 cells. Overall, our results highlighted the relevance of the toxic effects of Lanthanides at the cellular level for the risk assessment of these metals

Les éléments terres rares (REE) représentent un groupe de 17 métaux composé des lanthanides, de l'yttrium et du scandium qui partagent des propriétés physicochimiques similaires. Ils ont de nombreuses applications, notamment dans les hautes technologies et la production d'énergie renouvelable. Les activités minières, industrielles, médicales, agricoles et les stations épuration (STEP) rejettent des REE dans les milieux aquatiques. Cela soulève des préoccupations concernant leur potentielle toxicité sur les organismes aquatiques qui reste encore mal comprise. L'objectif principal de cette thèse consistait à analyser la spéciation, la bioaccumulation et les effets biologiques de différents REE sur plusieurs espèces clés des écosystèmes dulçaquicoles dans la perspective d'évaluer le risque environnemental des REE de façon fiable et intégrée. Trois REE représentatifs du groupe ont été testés individuellement et en mélange : le néodyme (Nd), le gadolinium (Gd) et l'ytterbium (Yb). Une approche complémentaire combinant microcosmes (tests standardisés) et mésocosmes a permis d'étudier leur toxicité à différents niveaux d'organisation biologique chez cinq espèces appartenant à différents niveaux trophiques : l'algue unicellulaire Raphidocelis subcapitata, le macrophyte Myriophyllum spicatum, le crustacé Daphnia magna, le bivalve Corbicula fluminea et le poisson Danio rerio. Le devenir, la spéciation et la bioaccumulation des REE dans différents milieux d'exposition (avec ou sans matière organique dissoute = DOM ; avec différentes formes de phosphore) ont été étudiés par modélisation et en mesurant les concentrations de REE dans le milieu et dans les organismes afin de mieux comprendre les effets biologiques observés. Les résultats ont démontré de fortes relations entre spéciation, bioaccumulation et toxicité se manifestant par une diminution de la toxicité et/ou de la bioaccumulation de Nd, Gd et Yb chez toutes les espèces étudiées en présence de DOM et de phosphore inorganique (KH2PO4) qui ont complexé et précipité les REE réduisant leur biodisponibilité. Ces résultats ont mis en évidence l'importance de prendre en compte la spéciation, en utilisant les concentrations dissoutes mesurées et en remplaçant le phosphore inorganique par du phosphore organique, pour éviter une sous-estimation de la toxicité des REE. Nd, Gd et Yb ont été significativement accumulés par les espèces étudiées entraînant des effets toxiques aux niveaux individuel et subindividuel. La distribution interne de Nd, Gd et Yb et plusieurs effets observés indiquent que la perturbation de l'osmorégulation et de l'homéostasie élémentaire est un mécanisme d'action majeur des REE. Les trois REE ont eu des effets additifs en mélange quel que soit l'espèce et le milieu testés. En considérant l'ensemble des résultats et la présence simultanée des tous les REE dans l'environnement, nous avons proposé une approche originale d'évaluation du risque des REE en mélange plutôt qu'individuellement. La valeur seuil de toxicité du mélange de REE a été déterminée à 3,2 µg L-1 en utilisant une approche de distribution de la sensibilité des espèces (SSD). Le risque calculé à partir des tests monospécifiques, de la SSD et les résultats de l'expérience en mésocosme testant différentes espèces à trois niveaux trophiques ont montré que les rejets miniers et industriels actuels pouvaient fortement impacter tous les niveaux trophiques, en particulier les producteurs primaires. Pour le moment, les rejets de STEP représentent un risque limité mais nous avons mis en évidence que Gd, sous sa forme utilisée en imagerie médicale, pouvait être accumulé et induire des effets sur les organismes aquatiques. Le risque environnemental des REE est actuellement limité à quelques hotspots mais il pourrait se répandre dans le futur avec l'accroissement de l'utilisation et des rejets de REE
Rare earth elements (REE) are a group of seventeen metals composed of the lanthanide series, yttrium and scandium, which share similar physicochemical properties. They have diverse applications, including in hi-tech and green energy areas. Mining, industrial, medical, agricultural activities and wastewater treatment plant (WWTP) release REE in aquatic systems. This raises environmental concerns on their potential toxicity towards aquatic organisms, which is still poorly understood. The main objective of the thesis was to analyse speciation, bioaccumulation and biological effects of different REE on several key freshwater species to allow a reliable environmental risk assessment of REE. Three representative REE have been tested individually and in mixture: neodymium (Nd), gadolinium (Gd) and ytterbium (Yb). A complementary approach combining microcosms (standard tests) and mesocosms afforded to study their toxicity at several levels of biological organization in five species belonging to different trophic levels: a unicellular alga Raphidocelis subcapitata, a macrophyte Myriophyllum spicatum, a crustacean Daphnia magna, a bivalve Corbicula fluminea and a fish Danio rerio. Fate, speciation and bioaccumulation of REE in different exposure media (with and without dissolved organic matter = DOM; with different forms of phosphorous = P) were studied by modelling and measuring REE concentrations in the medium and in the organisms to better understand the observed biological effects. The results demonstrate strong links between speciation, bioaccumulation and toxicity shown by a decrease of toxicity and/or bioaccumulation of Nd, Gd and Yb in all studied species in the presence of DOM and inorganic phosphorous, which complexed and precipitated with REE reducing their bioavailability. These results highlight that it is essential to consider speciation, by using measured dissolved concentrations and replacing inorganic P by organic P, in order to prevent an underestimation of REE toxicity. Nd, Gd and Yb were significantly accumulated in studied species, leading to harmful effects at individual and subindividual levels. Internal distribution of Nd, Gd and Yb and several effects indicated that elementary homeostasis and osmoregulation disturbance is a relevant toxic mechanism of REE. The three REE induced additive mixture effects regardless of the type of species or exposure medium. Taking into account all these results and the fact that REE occur in mixtures in the environment, we propose an original approach by assessing environmental risk of REE in mixture instead of individually. The threshold concentration of REE mixture was determined at 3.2 µg L-1 by using the species sensitivity distribution (SSD) approach. The calculated risk from tests with individual organisms and the SSD together with results from a mesocosm experiment testing different species at three trophic levels show that current mining and industrial releases could strongly affect all trophic levels in aquatic ecosystems, especially primary producers. At present, WWTP effluents should pose a limited risk. However, we demonstrated that Gd, in constrat-agent form used in medicine, can be accumulated and provoke direct effects on aquatic organisms. The environmental risk of REE is currently restricted to some hotspots but it may get higher and more widespread in the future because of the increasing REE uses and releases