Les malformations congénitales liées aux anomalies chromosomiques découlent souvent de l’exposition à des produits chimiques au début de la vie de la mère. Mais déterminer quels produits chimiques sont en cause pose un sérieux défi, semblable à la résolution d’un délit de fuite, des décennies après les faits. Deux chercheurs de l’UC Davis College of Biological Sciences développent une méthode qui pourrait identifier les produits chimiques nocifs beaucoup plus rapidement, à l’aide de poissons zèbres rouges et verts.
Leur travail pourrait bénéficier à des millions de personnes dans la vallée centrale de Californie, qui courent un risque élevé d’exposition aux pesticides parce qu’elles vivent ou travaillent à proximité de sites de production agricole. L’exposition aux pesticides peut causer des problèmes de santé aigus et à long terme chez les humains, y compris des dommages au système reproducteur. Ce préjudice se produit souvent parce que les produits chimiques interfèrent avec les étapes sensibles du développement du fœtus, au cours desquelles les cellules qui produiront un jour des spermatozoïdes ou des ovocytes se forment.
Trouver des effets générationnels
« Vous ne verrez pas l’effet jusqu’à ce que ces enfants grandissent et essaient d’avoir leurs propres enfants », a déclaré Sean Burgess, professeur au Département de biologie moléculaire et cellulaire. À ce stade, les femmes peuvent être infertiles ou faire des fausses couches à répétition; les enfants qu’ils portent peuvent présenter un risque accru de syndrome de Down ou d’autres affections graves causées par la présence de copies supplémentaires de chromosomes.
Burgess travaille avec Bruce Draper, professeur dans le même département, pour développer une technique qui pourrait considérablement accélérer le dépistage des produits chimiques et identifier plus rapidement ceux qui ont des effets à long terme sur la reproduction. L’écart entre le « délit de fuite » chimique et les conséquences sur la reproduction est souvent de plusieurs décennies, a déclaré Burgess : « Nous réduisons ce temps à quelques semaines. »
Les tests standard sont lents et coûteux, car ils reposent sur des souris, qui doivent être disséquées individuellement et examinées par des techniciens pour voir les effets des produits chimiques sur les tissus reproducteurs. Burgess et Draper prévoient de contourner ce processus fastidieux en utilisant une nouvelle souche de poisson zèbre (Danio rerio). Cette espèce de poisson d’eau douce, originaire d’Asie du Sud, est populaire dans les aquariums domestiques. Il est également fréquemment utilisé comme organisme modèle pour étudier les premiers stades du développement humain.
« Soixante-dix pour cent des gènes du poisson zèbre ont des homologues humains, appelés orthologues », a déclaré Draper. Et si vous regardez les gènes impliqués dans l’ovogenèse – la production d’ovocytes femelles ou d’ovules – le pourcentage est encore plus élevé.
Les poissons zèbres sont bien adaptés pour étudier les effets des produits chimiques sur la reproduction car, contrairement aux mammifères, leur sexe n’est pas déterminé par des chromosomes X ou Y spéciaux. Au lieu de cela, il est déterminé en partie par des signaux environnementaux. En captivité, environ la moitié des poissons deviennent des femelles. Mais si les larves de poisson sont exposées à des produits chimiques qui perturbent l’ovogenèse, un pourcentage plus élevé d’entre elles se développeront en tant que mâles. Cela signifie que les scientifiques peuvent dépister la toxicité reproductive d’un produit chimique en y exposant quelques dizaines de larves de poisson zèbre, puis en attendant plusieurs semaines pour voir si leur sex-ratio est biaisé en faveur des mâles. Draper et Burgess développent une stratégie pour y parvenir, en utilisant des poissons zèbres génétiquement modifiés qui affichent leur sexe en évidence, grâce à un code couleur.
Ces poissons, développés par des membres du laboratoire de Draper, portent trois changements génétiques. Premièrement, leurs cellules de Sertoli, présentes uniquement dans la gonade mâle, produisent une protéine fluorescente verte. Deuxièmement, leurs ovocytes (ou œufs immatures), trouvés uniquement dans la gonade femelle, produisent une protéine fluorescente rouge. Et enfin, les poissons fabriquent moins de leur pigment naturel, ce qui rend leur corps plus transparent, de sorte que les couleurs rouges ou vertes de leurs gonades apparaissent plus clairement.
Les poissons zèbres sont plus faciles et moins coûteux à entretenir que les rongeurs. Burgess et Draper s’attendent à élever 80 larves de poisson dans chaque réservoir, exposant les animaux de chacun à un produit chimique sélectionné entre 10 et 20 jours après la fécondation. Il faudrait normalement attendre jusqu’à 90 jours après la fécondation pour distinguer visuellement les poissons zèbres mâles et femelles. Mais les gonades à code couleur des poissons devraient leur permettre de le faire à 40 jours.
« Nous devrions être en mesure de déterminer le sexe d’une cohorte de 80 animaux, presque simultanément, simplement en prenant une photo », a déclaré Draper. Voir un pourcentage inhabituellement élevé de mâles ou de femelles, ou voir des animaux intersexués avec des gonades brillantes à la fois en rouge et en vert, indiquerait que le produit chimique est toxique pour le système reproducteur.
Dosage GloNad
Plus tôt cette année, Burgess et Draper ont commencé à développer leur test « GloNad » pour le dépistage de la toxicité. Les deux espèrent que plus tard cette année, ils pourront commencer à l’utiliser dans une expérience pilote pour dépister neuf des pesticides les plus couramment utilisés en Californie pour leurs effets sur la reproduction.
Ce test initial pourrait éventuellement ouvrir la voie à une utilisation plus large du test GloNad. Quatre-vingt-dix pesticides sont actuellement connus dans l’État de Californie pour causer des malformations congénitales ou des troubles de la reproduction. Mais ces toxicités pourraient potentiellement être liées à une gamme plus large de pesticides et d’autres produits chimiques, tels que les bisphénols, qui sont utilisés dans la fabrication de certains plastiques.
La véritable puissance du test GloNad est qu’il pourrait être étendu pour tester de nombreux autres produits chimiques au-delà de ceux qui sont actuellement possibles. Et chacun de ces produits chimiques pourrait être testé sur un grand nombre de poissons, ce qui permettrait de détecter même des effets rares sur la reproduction.
« C’est beaucoup plus efficace que tout ce qui existe actuellement », a déclaré Draper. « Nous avons de grandes attentes que cela va fonctionner. »