Propriétés physico-chimiques des toxines paralysantes

Propriétés physico-chimiques des toxines paralysantes

Structure La saxitoxine

(STX) a reçu son nom de sa capacité à être extraite du mollusque bivalve (clam) Saxidomus giganteus. Puis d’autres dérivés toxiques ont été extraits à partir de dinoflagellés du genre Gonyaulax (actuellement Alexandrium) : ce sont la néosaxitoxine (néoSTX) et les gonyautoxines (GTXs) (Shimizu et al., 1985). Les toxines paralysantes sont toutes des bases tétrahydropuriques substituées. Ce sont des toxines tricycliques à hétérocycles azotés. La communauté scientifique considère qu’il existe en fait deux molécules de base : la saxitoxine et la néosaxitoxine (N-hydroxysaxitoxine). Ces molécules peuvent être sulfatées sur plusieurs carbones, et ainsi donner naissance à de nombreux dérivés. La famille est constituée d’une vingtaine de toxines. Toutes ces toxines sont des cations divalents, tricycliques, comprenant chacun deux groupements guanidines (voir figure 5). On peut classer les toxines paralysantes en trois classes selon leur structure (Cembella, 1998) : – les carbamates (STX, néoSTX, GTX1-GTX-4), – les N-sulfocarbamoyles (B1-B2, C1-C4), – les dérivés décarbamoyles (dc-analogues) La saxitoxine, les gonyautoxines et les toxines C sont les plus fréquemment retrouvées dans les coquillages contaminés. La STX et la dcSTX ne sont pas sulfonatées. Les GTX sont des toxines 11-α,β-sulfonatées. Les GTX 3 et les GTX 4 sont des 11- β -sulfonatées (11- β -épimères) et les GTX1 et les GTX2 sont des 11- α – épimères. Les toxines C1,2 sont des N-sulfo- GTX2,3 (Grzebyk et Séchet, 2001).

Propriétés

Elles sont hydrosolubles, thermostables (elles sont peu sensibles à l’appertisation) et stables en milieu acide. Ce caractère hydrophile est important car il signifie que les toxines circulent sous forme libre dans le sang. Par contre, les toxines sont instables en milieu alcalin. Elles sont également sensibles aux oxydants. Elles se décomposent facilement lorsqu’on veut les mettre en évidence. Cela rend leur détection plus difficile. 1.5.Biosynthèse et biotransformations Certaines de ces toxines paralysantes résultent d’une biotransformation des toxines algales par les coquillages. A cause de cela, il peut être difficile de doser les toxines dans des produits alimentaires. D’après Cembella, 1998, la saxitoxine résulte de l’assemblage de quatre acides aminés (trois molécules d’arginine et une de méthionine) et d’un résidu d’acétate. La synthèse des acides aminés se décompose ainsi :

– l’ion nitrate NO3-, d’origine minérale, est capté par la microalgue dans le milieu et est réduit en ions NH4+ ; – les squelettes carbonés des acides aminés sont synthétisés en parallèle ; – le NH4+est incorporé à ce squelette pour former les acides aminés. Ces trois étapes nécessitent de l’énergie d’origine photosynthétique et d’origine métabolique. Rappelons que toutes les souches toxiques sont photosynthétiques. On ne connaît pas bien pour le moment le nombre et la suite de réactions enzymatiques qui conduisent, à partir de la toxine de base, à tous les autres composés.

On sait que cela peut être des réactions d’oxydation, de réduction, et de sulfatation. On ignore quelle est la toxine formée en premier. Une fois synthétisées dans la cellule, les STXs ne sont pas facilement libérées dans le milieu. 1.6.Toxinogénèse 1.6.1.Généralités Lorqu’on étudie la toxinogénèse des cellules algales, il convient de classer les toxines produites en deux catégories : – les toxines azotées. Elles comportent dans leur squelette à la fois des atomes de carbone et d’azote. Ce sont ces derniers qui vont être les plus limitants dans la toxinogénèse. En effet, l’azote est un élément nutritif plus difficile à trouver dans le milieu que le carbone. Les saxitoxines et ses dérivés appartiennent à cette catégorie. – les toxines polyéther au squelette carboné. Seul l’élément carbone est présent. Deux types de facteurs peuvent intervenir sur la production de toxines : – les facteurs génétiques.

En effet, la possibilité de produire des toxines est déterminée dans le génome des microalgues. – les facteurs environnementaux. Les conditions environnementales vont influer sur le cycle biologique des microalgues. Or, les organismes ne produisent pas des toxines à tous les stades. La toxicité d’une souche dépend : – de la concentration en toxines dans la cellule ; – du profil toxinique (composition qualitative des différentes toxines) ; – de la proportion de chaque toxine. La toxinognèse dépend de facteurs génétiques et environnementaux. 1.6.2.Facteurs génétiques Selon Mackenzie et Berkett, 1997, le profil dépend uniquement de facteurs génétiques. Il est en effet spécifique à chaque souche. Par exemple, on sait qu’il existe une grande variabilité dans les toxicités des différentes souches d’Alexandrium. Les différentes expériences effectuées n’ont jamais montré de variation en fonction du temps et des conditions environnementales.

De plus, certaines bactéries, lorqu’elles sont associées à des souches toxiques de dinoflagellés, sont capables de synthétiser des STXs. La question est de savoir si les toxines sont synthétisées seulement à partir du matériel génétique de la cellule algale ou si une autre source d’ADN intervient (plasmides, plages,…). On ne connaîtra probablement pas la réponse avant que les gènes responsables soient séquencés.

Facteurs environnementaux

La concentration en toxines et la proportion de chaque toxine varient en fonction de la phase du cycle cellulaire et des conditions environnementales. D’après Taroncher-Oldenburg et al. (1997), la synthèse de la toxine a lieu pendant la phase G1 du cycle. Cette phase est en général la plus longue du cycle. La biomasse cellulaire augmente fortement, préparant ainsi une nouvelle division. La production de toxine a donc lieu pendant cette phase exponentielle du cycle. Or, l’entrée ou non du cycle en G1 est dépendante de nombreux facteurs environnementaux. La bibliographie met en évidence l’influence de facteurs abiotiques (température, salinité et lumière), et de facteurs nutritifs.

Influence de la température

La température conditionne la vitesse des réactions enzymatiques, et donc le métabolisme cellulaire. Si la température est inférieure à leur température optimale pour la biosynthèse, les enzymes catalysent moins bien les réactions. Et si la température est supérieure à la température optimale, les enzymes sont dégradées. La température optimale des microalgues est d’environ 20°C (Grzesbyk et Séchet, 2001).

Influence de la salinité

La salinité du milieu va également avoir un effet sur les enzymes. La concentration en sel fait varier les propriétés électriques du milieu. Les enzymes subissent des changements de conformation spatiale, et la vitesse des réactions est diminuée. De plus, si la différence osmotique entre le milieu et l’intérieur de la cellule est trop importante, la cellule dépense de l’énergie pour maintenir un équilibre osmotique compatible avec sa survie. Ainsi, si la salinité du milieu s’éloigne de la salinité optimale de la cellule, la production de toxine devrait être limitée. En fait, aucune expérimentation n’a pour le moment démontré une telle relation. 1.6.3.3.Influence de la lumière La cellule algale a besoin d’énergie d’origine photosynthétique au cours de la biosynthèse de la toxine. La production de toxine ne se fait par conséquent que pendant la phase éclairée. Comme pour la température et la salinité, il existe un optimal d’éclairement pour la cellule, et une plage de tolérance. En dehors de cette plage, aucune toxine n’est produite.

Facteurs nutritifs : influence de l’azote et du phosphore minéraux

Les composés saxitoxiniques sont riches en azote (rapport dans les molécules C/N = 1,4). Ainsi, la teneur du milieu en azote est un facteur prépondérant. On considère que le rapport optimum N/P doit être de 16 dans les cellules pour avoir une production de toxines optimale (Grzebyk et Séchet, 2001). Des expériences (Parkhill et Cembella, 1999) ont montré que : – dans un milieu riche en P et limitant en N, les cellules se divisent encore un peu, mais la production de toxine est bloquée. – dans un milieu riche en P et limitant en N, la croissance est arrêtée mais la biomasse continue à augmenter car la cellule continue à produire la toxine. Ce phénomène s’explique par le fait que le P soit un constituant important de l’ADN. D’après Grzebyk et Séchet, 2001, les cellules pourraient produire des toxines grâce à une nutrition hétérotrophe par prédation de microorganismes. Mais cela dépendrait de la nature de la matière organique mise à la disposition de la cellule.

Table des matières

INTRODUCTION
I. ÉVALUATION QUALITATIVE DES RISQUES LIÉS A LA CONSOMMATION DE COQUILLAGES CONTAMINÉS PAR LES PHYCOTOXINES DANS L’UNION EUROPÉENNE
A. Identification des dangers
1. Les toxines paralysantes
1.1. Historique
1.2. Espèces productrices de toxines paralysantes
1.3. Répartition géographique
1.4. Propriétés physico-chimiques des toxines paralysantes
1.5. Biosynthèse et biotransformations
1.6. Toxinogénèse
2. Les toxines diarrhéiques et associées
2.1. L’Acide Okadaïque et autres dinophysistoxines
2.2. Les pecténotoxines
2.3. Les yessotoxines
3. Les toxines neurologiques (brévétoxines)
3.1. Historique
3.2. Caractéristiques de l’espèce Gymnodinium breve (Karenia brevis) et des espèces apparentées
3.3. Répartition géographique
3.4. Conditions d’étude de ces toxines au laboratoire
3.5. Propriétés physico-chimiques des toxines
3.6. Biosynthèse et biotransformations
3.7. Facteurs influençant la toxinogénèse
4. Les toxines amnésiantes (acide domoïque et dérivés)
4.1. Historique
4.2. Répartition/biologie/écologie
4.3. Espèces productrices de toxines amnésiantes
4.4. Propriétés physico-chimiques
4.5. Biosynthèse
4.6. Facteurs influençant la toxinogénèse
5. Les Azaspiracides
5.1. Découverte
5.2. Répartition
5.3. Espèces productrices d’AZ
5.4. Propriétés physico-chimiques des AZ
5.5. Contamination des vecteurs coquillages
6. Les toxines de découverte récente
6.1. Les toxines à cycle imine (autres que les azaspiracides)
6.2. Autres phycotoxines, sources potentielles de nouveaux agents neurotoxiques
B. Caractérisation des dangers
1. Les toxines paralysantes
1.1. Toxicité/mécanisme d’action
1.2. Symptômes provoqués chez le consommateur
2. Les toxines diarrhéiques et associées
2.1. L’Acide Okadaïque et autres dinophysistoxines
2.2. Les pecténotoxines
2.3. Les yessotoxines
3. Les toxines neurologiques (brévétoxines)
3.1. Mécanisme d’action
3.2. Symptômes provoqués chez le consommateur
4. Les toxines amnésiantes (acide domoïque et dérivés)
4.1. Mécanisme d’action
4.2. Symptômes provoqués chez le consommateur
5. Les Azaspiracides 80 5.1. Toxicité
5.2. Symptômes provoqués chez le consommateur
C. Evaluation de l’exposition
1. Appréciation de l’émission
1.1. La probabilité d’émission est fonction de la prévalence et de l’intensité de la contamination
1.2. La probabilité d’émission est fonction de l’évolution de la contamination (transformation, préparation)
1.3. Probabilité d’émission du danger
2. Evaluation de l’exposition
2.1. Nombre de produits consommés (fréquence de consommation), et de la quantité ingérée par repas
2.2. Sensibilité individuelle des consommateurs
2.3. Dose infectante
2.4. Probabilité d’exposition au danger
D. Caractérisation des risques
1. Probabilité de survenue du danger
2. Les conséquences
2.1. Les conséquences sur la santé humaine
2.2. Les conséquences économiques
2.3. Appréciation globale des conséquences
3. Estimation du risque
II. GESTION DES RISQUES LIÉS À LA CONSOMMATION DE PRODUITS DE LA MER CONTAMINÉS PAR LES PHYCOTOXINES
A. Les mesures de prévention
B. La surveillance et la réglementation
1. Présentation de la Réglementation jusqu’au 31 décembre 2005
1.1. Réglementations européenne et française
1.2. Réglementation mondiale
2. Synthèse : Les phycotoxines réglementées au sein de l’Union Européenne
3. Les méthodes officielles d’analyse utilisées pour la recherche dans les coquillages
3.1. Méthodes biologiques
3.2. Méthodes de détection alternatives
4. Les plans nationaux de surveillance et de contrôle des phycotoxines marines dans les coquillages denrées de production nationale
4.1. Les plans de surveillance et de contrôle
4.2. Les laboratoires d’analyse et de référence
5. Surveillance des eaux du littoral
5.1. Présentation du Réphy
5.2. Fonctionnement opérationnel du Réphy
5.3. Paramètres mesurés et méthodes
6. Les coquillages-denrées d’importation
CONCLUSION.
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXE : CLASSIFICATION DES DIFFÉRENTES ESPÈCES DE PLANCTON PRODUCTRICES DE PHYCOTOXINES

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