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Dernière mise à jour : Mai 2018

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ECOTOX, le réseau d'écotoxicologie terrestre et aquatique

TyPol : un outil opérationnel permettant de cartographier et choisir des molécules « modèles » pour des études en écodynamique et en écotoxicologie des contaminants organiques

TyPol est un outil permettant de classer des contaminants organiques selon des critères phénoménologiques (comportements différents) et opérationnels (intensité des risques actuels ou futurs) qui croise des propriétés intrinsèques des contaminants (descripteurs moléculaires) et des paramètres décrivant leurs comportements dans l’environnement et/ou leurs effets écotoxicologiques. L’outil est évolutif via l’ajout de données supplémentaires (nouvelles molécules, nouveaux paramètres); il est accessible à distance via un site web. Le traitement de données proposé permet d’argumenter des choix de contaminants organiques modèles pour réaliser des études en écodynamique et écotoxicologie.

Contexte et enjeux

Le nombre et la diversité des contaminants organiques (pesticides, HAP, PCB, médicaments...) potentiellement présents dans l’environnement est une réalité à laquelle sont confrontées les chercheurs travaillant sur le devenir et les impacts de ces substances. Selon les estimations, entre 30 000 et 100 000 substances sont concernées, il est donc impossible de les étudier au cas par cas alors que la réglementation européenne requiert des informations précises sur leur dispersion dans l’environnement et sur leurs impacts écotoxicologiques. Parallèlement à ces besoins réglementaires, classer les contaminants organiques en fonction des propriétés qui sont déterminantes dans les mécanismes responsables de leur comportement dans l’environnement, de leur passage dans les organismes vivants et de leurs effets toxicologiques est un enjeu majeur pour les recherches en écotoxicologie.

Résultats

Nous avons récemment développé une méthodologie permettant de classer des contaminants organiques selon des propriétés directement liées aux processus d’intérêt environnementaux, par exemple leur rétention, leur dégradation biotique ou abiotique, leur transfert vers l’air ou les eaux, leur passage dans les organismes vivants ou encore leurs effets toxicologiques. Cet outil, appelé TyPol, est basé à la fois sur une approche «in silico» calculant des descripteurs moléculaires et sur des méthodes de classification combinant descripteurs moléculaires et paramètres comportementaux. Les classes sont construites à partir d’une analyse statistique (PLS) des propriétés déduites de la prise en compte des caractéristiques structurales des molécules considérées et des paramètres environnementaux (Servien et al., 2014). Le choix des relations entre paramètres et descripteurs est en grande partie basé sur les relations de type QSAR (Mamy et al., 2015).

De par son mode de construction, l’outil est adaptable à différentes questions de recherche et concerne l’ensemble des contaminants organiques existants ou potentiels. Il vise à extrapoler des connaissances au sein d’une classe de composés à partir des résultats obtenus sur quelques molécules. L’outil est constitué d’une base de données MySQL accessible sur un serveur commun. L’ajout de nouvelles données se fait soit par transfert d’un fichier tableur (type Excel), soit par modification de la base à l’aide d’un outil web (phpMyAdmin). Les interfaces d’interrogation de la base de données et des traitements statistiques sont programmées dans le langage R qui intègre de nombreuses bibliothèques de méthodes de traitements statistiques des données. Les sorties graphiques sont aussi réalisées par le logiciel R. La première version de cet outil est déjà opérationnelle pour classer des pesticides et d’autres molécules (HAP, PCB…) – actuellement plus de 250 composés y sont répertoriés, incluant des molécules mères et des produits de transformation. TyPol a été notamment utilisé pour explorer le comportement environnemental de produits de transformation d’un fongicide détectés dans un sol (tébuconazole ; Storck et al., 2016) ou de produits de transformation potentiels d’un insecticide (chlordécone ; Benoit et al., 2016).

Nous avons récemment cherché à élargir l’utilisation de l’outil à des paramètres écotoxicologiques. Une première tentative a été réalisée afin de compléter la base de données de l’outil TyPol avec un jeu de données  caractérisant les effets écotoxicologiques  des pesticides sur différents groupes d’organismes vivants en milieux terrestre et aquatique. Pour l’instant,sept nouveaux paramètres relatifs aux effets écotoxicologiques aigus et chroniques sur les Daphnies, algues, lentilles d’eau et vers de terre ont été renseignés. Des premiers résultats de classification ont été obtenus pour une quarantaine de molécules. L’analyse a été réalisée pour déterminer si les classes d’écotoxicité sont associées ou non à des molécules présentant des structures moléculaires proches et si elles correspondent à des classes de comportements environnementaux similaires ou différentes (Traoré et al., 2016).

Perspectives

A ce jour, la base de données TyPol ne contient que très peu de composés pharmaceutiques. Une perspective à court terme sera d’ajouter un nombre suffisant de ces composés pour pouvoir ensuite utiliser cette méthodologie et classer ces contaminants en termes de persistance dans les sols, de mobilité vers les eaux, de transferts sol-plante et d’effets écotoxicologiques dans le contexte d’usage agricole de MAFOR (projet ANR DIGESTATE 2016-2019).

Pour étendre l’utilisation de TyPol aux impacts écotoxicologiques et aux effets non intentionnels des pesticides, une réflexion est en cours concernant l’insertion de données  portant sur leur mode d’action.

Voir aussi

  • Benoit P., Mamy L., Servien R., Li Z., Latrille E., Rossard V., Bessac F., Patureau D., Martin-Laurent F. 2016. Categorizing chlordecone potential degradation products to explore their environmental fate. Science of the Total Environment, 574, 781-795. doi: 10.1016/j.scitotenv.2016.09.09
  • Mamy L, Patureau D, Barriuso E, Bedos C, Bessac F, Louchart X, Martin-Laurent F, Miège C, Benoit P, 2015. Prediction of the fate of organic compounds in the environment from their molecular properties: A review. Critical Reviews in Environmental Science and Technology. 45, 1277-1377. doi: 10.1080/10643389.2014.955627
  • Servien R., Mamy L., Li Z., Rossard V., Latrille E., Bessac F., Patureau D., Benoit P., 2014. TyPol – A new methodology for organic compounds clustering based on their molecular characteristics and environmental behavior. Chemosphere, 111, 613-622. doi:10.1016/j.chemosphere.2014.05.020
  • Storck, V., Lucini, L., Mamy, L., Ferrari, F., Papadopoulou, E.S., Nikolaki, S., Karas, P.A., Servien, R., Karpouzas, D.G., Trevisan, M., Benoit, P., Martin-Laurent, F., 2016. Identification and characterization of tebuconazole transformation products in soil by combining suspect screening and molecular typology. Environmental Pollution, 208, 537-545. doi:10.1016/j.envpol.2015.10.027
  • Traoré H., Crouzet O., Mamy L., Sireyjol C., Rossard V., Servien R., Latrille E., Benoit P. Evolution de l’outil de classification in silico TyPol pour analyser et prédire les effets écotoxicologiques de pesticides. 46e congrès du Groupe Français des Pesticides,  17-19 mai 2016, BORDEAUX.