Toxicité subcellulaire

Le biologiste Maikel Rosabal Rodriguez obtient un prix pour ses travaux en métallomique environnementale.

17 Novembre 2017 à 10H23

Dans les cellules des anguilles et des poissons nordiques, ce sont les mitochondries qui présentent la plus grande concentration de contaminants potentiellement toxiques, révèlent les analyses de Maikel Rosabal Rodriguez.Photo: iStock

Le professeur du Département des sciences biologiques Maikel Rosabal Rodriguez a reçu le Chris Lee Award for Metals Research, décerné par la Society of Environmental Toxicology and Chemistry (SETAC) et The International Copper Association (ICA). Ce prix, qui récompense ses travaux portant sur les effets des métaux dans l'environnement, lui a été remis le 12 novembre dernier dans le cadre du congrès annuel de la section nord-américaine de la SETAC, qui a lieu à Minneapolis.

Embauché l'an dernier à l'UQAM, Maikel Rosabal Rodriguez est originaire de Cuba. Il y a obtenu en 2002 un diplôme en biochimie de l'Université de La Havane. Il a poursuivi ses études au doctorat en éco-toxicologie au Centre Eau Terre Environnement de l'Institut national de la recherche scientifique (INRS), à Québec. «Je m'intéresse à la métallomique environnementale, explique le chercheur. Il s'agit d'un domaine de recherche plutôt récent qui étudie les interactions entre les traces de métaux ou de métalloïde et les protéines afin de mieux comprendre les mécanismes moléculaires de toxicité et de détoxication – le processus par lequel un organisme neutralise les substances toxiques d'origine interne ou externe.»

Auparavant, on utilisait le terme «métaux lourds», mais celui-ci tend à être remplacé par «éléments-traces métalliques (ETM)», qui définit plus adéquatement tous les types de métaux présents naturellement à l'état de traces. «Tous les ETM sont toxiques au-delà d'un certain seuil, mais à faible dose, certains sont indispensables à l'être humain: ce sont les oligoéléments, comme le fer, qui est un composant essentiel de l'hémoglobine, le zinc ou le cuivre», souligne Maikel Rosabal Rodriguez, qui est membre du TOXEN.

«On peut quantifier la concentration totale d'éléments toxiques dans un cours d'eau ou chez les espèces qui y vivent, mais cela ne nous dit pas de quelle manière cela affecte réellement ces organismes.»

Maikel Rosabal Rodriguez

Professeur au Département des sciences biologiques

L'activité humaine contribue cependant à accentuer la concentration environnementale des ETM dans le sol et les cours d'eau, ce qui explique que l'on en retrouve dans les tissus cellulaires de certains invertébrés, de poissons et d'autres animaux. «Les évaluations de risque environnemental concernant les ETM s'articulent autour de trois composantes: l'exposition, la bioaccumulation et la toxicité, précise Maikel Rosabal Rodriguez. On peut quantifier la concentration totale d'éléments toxiques dans un cours d'eau ou chez les espèces qui y vivent, mais cela ne nous dit pas de quelle manière cela affecte réellement ces organismes.»

William Stubblefield, SETAC global awards committee chair, Maikel Rosabal Rodriguez, et Robert Dwyer, représentant de l'International Copper Association.
Photo: SETAC

Les modèles existants demeurent insuffisants pour déterminer dans quelle région subcellulaire «sensible» de l'organisme les ETM s'accumulent et quels sont les taux au-delà desquels ils causent des effets délétères. Pourquoi certains organismes arrivent-ils à contrer les effets néfastes des ETM et d'autres non ? Maikel Rosabal Rodriguez commence à élucider ces mystères en s'intéressant aux interactions qui se produisent entre les ETM et les biomolécules des cellules – enzymes, transporteurs, protéines réceptrices, etc.

Dans le cadre de son doctorat, le jeune chercheur a poursuivi ses travaux durant cinq mois au Laboratoire de chimie analytique bio-inorganique et environnement de l'Université de Pau, en France, où il a appris à utiliser des techniques de couplage permettant d'analyser les interactions entre protéines et ETM. «J'espère pouvoir mettre en place un laboratoire équipé des outils pour faire ce type d'analyse», dit-il.

Combinée au fractionnement subcellulaire (une technique faisant appel à des appareils d'ultracentrifugation afin de séparer les composants cellulaires), les techniques de couplage permettent de prédire la toxicité des ETM sur en se basant sur leur accumulation dans les compartiments dits «sensibles» de la cellule et sur les interactions entre les biomolécules ciblées (biomarqueurs) et les contaminants. «On obtient des résultats beaucoup plus spécifiques que si on se référait uniquement à la quantité totale d'éléments bioaccumulés, explique le professeur. On peut ainsi raffiner les évaluations de risques environnementaux en précisant les concentrations de métaux susceptibles de causer des effets néfastes.»

Maikel Rosabal Rodriguez mène des études sur une variété d'organismes: algues, plantes, poissons, mammifères marins. Les métaux qu'il étudie incluent le cadmium, le mercure, le sélénium, l'arsenic et les contaminants dits «émergents» comme les terres rares et les nanoparticules.

De plus en plus de chercheurs s'intéressent aux terres rares, ces métaux utilisés, entre autres, dans la fabrication de produits électroniques comme les téléphones intelligents. «Mon collègue Jonathan Verreault en a trouvé des traces chez les goélands, signe que de plus en plus de traces de ces contaminants se retrouvent dans le sol et dans la chaîne alimentaire», mentionne le chercheur.

Les mécanismes moléculaires et cellulaires de toxicité et de détoxication sont étudiés en considérant de nombreux facteurs tels que le type de contaminant, la concentration du métal, l’organe touché, l’organisme en question, son état physiologique, la voie d’exposition et l’interaction entre métaux.

Maikel Rosabal Rodriguez a obtenu des résultats intéressants avec les anguilles et les poissons nordiques. «Nous avons pu démontrer que parmi les fractions subcellulaires dites "sensibles", ce sont les mitochondries qui présentent la plus grande concentration de contaminants potentiellement toxiques. Il faudra étudier ces sites de plus près», conclut le chercheur.

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