Des enquêtes européennes ont révélé la présence de quantités excessives d'ammoniums quaternaires et de chlorates, notamment dans le lait et les produits laitiers. Si pour les AQs, la contamination est liée à leur usage, la problématique des chlorates vient de l’utilisation de désinfectants à base de chlore qui engendre la formation de ces sous-produits chlorés. En conséquence, le consommateur pourrait les ingérer et être exposé à un risque toxicologique. Par ailleurs, les méthodes d'autocontrôle actuellement utilisées dans l'industrie ne respectent pas la limite maximale de résidus (100 µg/kg) autorisée. Pour répondre à ces problématiques, des biocapteurs enzymatiques électrochimique et colorimétrique pour la détection des ammoniums quaternaires dans une solution tampon ont été développés. Pour les chlorates, dans l’eau du robinet, une méthode spectrophotométrique a été développée et validée. Les résultats de cette thèse montrent que les (bio)capteurs sont des outils analytiques prometteurs pour l’autocontrôle, car ce sont des outils portables, rapides, peu onéreux et qui atteignent la LMR.

Les produits biocides jouent un rôle crucial dans la protection de la santé humaine et animale contre les agents biologiques pathogènes susceptibles de pénétrer dans la chaîne alimentaire. Les produits biocides, contenant une ou plusieurs substance(s) active(s), sont couramment utilisés dans la chaîne alimentaire pour diverses applications en tant que produits désinfectants, produits de protection et produits de lutte contre les organismes nuisibles. À ce jour, la présence de résidus de substance active biocide dans les denrées est très peu documentée. Quelques études font état de la présence de ces résidus dans les denrées dépassant dans certains cas les limites maximales de résidus (LMR) fixées pour ces substances. En raison des nombreux usages de ces produits dans la chaîne alimentaire, l'évaluation de la présence de ces résidus dans les denrées est loin d'être exhaustive. Il semble nécessaire de développer des stratégies analytiques permettant d’évaluer la contamination des denrées par les produits biocides. Récemment, de nouveaux outils et méthodologies analytiques utilisant la spectrométrie de masse à haut pouvoir résolutif (LC-HRMS) ont été utilisés dans le but d’explorer sans a priori l’espace chimique auquel nous sommes exposés quotidiennement. Ce projet de recherche s’inscrit dans ce contexte dans le but 1) d’identifier et prioriser les substances actives biocides utilisées dans la chaîne alimentaire, 2) d’évaluer la contamination des denrées d’origine animale par les produits biocides et 3) d’étudier le devenir d’un résidu de substance active biocide dans le lait de vache sous l’effet de la chaleur. Pour répondre à ces objectifs, une méthodologie de classement des risques a été utilisée pour prioriser les substances actives biocides utilisées dans la chaîne alimentaire pour les denrées d’origine animale. Une méthode analytique utilisant la LC-HRMS a été mise au point pour rechercher ces substances actives dans le muscle de poulet et le lait de vache afin d’évaluer la contamination de ces denrées par les produits biocides. Par ailleurs, des approches de screening semi-ciblé et non-ciblé ont été développés pour ouvrir le champ de détection à d’autres contaminants chimiques présents dans les denrées. L’applicabilité de la méthode a été réalisée sur une sélection de denrées provenant de diverses sources dans le commerce mais aussi lors d’un essai inter laboratoire organisé dans le cadre du projet PARC (WP4.3.4.b_Y2_F02). Pour finir, l’évaluation de l’exposition aux substances chimiques se concentre généralement sur le composé en lui-même ignorant l’impact des procédés industriels (chauffage, congélation) pouvant générer des produits de transformation. L’effet de ces procédés peut induire une modification par transformation ou dégradation de l’état structurel des composés parents et donc de générer de nouveaux contaminants indésirables encore inconnus. Cette étude a permis d’étudier le devenir de l’AMPD dans le lait de vache suite à un traitement thermique. L’analyse ciblée utilisant la LC-MS/MS a permis d’observer un abattement de concentration en AMPD avant et après chauffage. Cet abattement de concentration serait à l’origine d’un produit de transformation observé lors d’analyse non-ciblée menée en LC-HRMS.

L'augmentation massive du nombre de substances chimiques interroge sur leur impact sur la santé humaine et environnementale. Cependant, les méthodes réglementaires actuelles de détection et de caractérisation des agents cancérogènes reposent principalement sur des études à long terme sur des animaux de laboratoire, qui ne sont pas suffisantes pour évaluer la toxicité d'un si grand nombre de produits chimiques dont ils pourraient être susceptibles de causer le cancer chez l'humain. De plus, ces méthodes ont des limites scientifiques, notamment en ce qui concerne les différences de sensibilité entre les humains et les animaux, le coût élevé, le faible débit et les considérations éthiques liées à la souffrance animale qui ne peuvent plus être ignorées. Les cancérogènes sont généralement classés en cancérogènes génotoxiques (GTxC) et en cancérogènes non génotoxiques (NGTxC). Alors que l'identification des cancérogènes génotoxiques repose sur une batterie relativement robuste de tests de génotoxicité in vitro et in vivo, les essais biologiques sur 2 ans sur les rongeurs représentent l'étalon-or pour l'identification du NGTxC. Par conséquent, il apparaît urgent d'élaborer une stratégie basée sur des méthodologies de nouvelle approche (NAM) pour l'identification et la caractérisation des substances chimiques potentiellement cancérogènes pour l'homme. Pour cela, ce travail, qui s'inscrit dans le cadre du projet européen PARC (Partnership for the Assessment of Risks from Chemicals), vise à étudier l'applicabilité de différentes approches basées sur les NAM pour identifier et caractériser les NGTxC avec différents modes d'action (MoA). Les objectifs de ce travail de recherche ont été abordés à travers trois axes complémentaires : Dans un premier temps, un criblage à haut contenu couplé à différents critères de toxicité a été appliqué à des modèles HepaRG 2D et 3D. Cette application consistait à générer des profils de toxicité de produits chimiques ayant divers modes d'action et à comparer la sensibilité des deux modèles cellulaires afin de sélectionner le modèle cellulaire le plus approprié pour les objectifs ultérieurs. Deuxièmement, nous avons effectué le séquençage du transcriptome des cellules HepaRG 3D exposées à différents ensembles de produits chimiques. Une analyse génotoxique ciblée à l'aide de biomarqueurs transcriptomiques GENOMARK et TGx-DDI a été appliquée pour déterminer les réponses du modèle 3D HepaRG pour détecter les composés génotoxiques. Ensuite, grâce à une analyse non ciblée, nous avons analysé les profils transcriptomiques générés pour chaque produit chimique et étudié les principaux événements moléculaires sous-jacents aux mécanismes NGTxC. Enfin, nous avons étudié la réponse des NGTxC dans le test de transformation cellulaire (CTA) Bhas42 afin de déterminer la sensibilité et la spécificité de ce test dans la détection des cancérogènes humains. En résumé, ce travail de thèse contribue à proposer un cadre multi-NAM pour l'identification et la caractérisation du NGTxC.

L'augmentation de la résistance aux antimicrobiens constitue une menace majeure pour la santé publique. L’identification des facteurs contribuant à l’émergence de résistances aux antibiotiques dans les environnements industriels est essentielle pour adapter nos pratiques et limiter leur propagation. Les substances biocides utilisées pour les procédures de désinfection pourraient favoriser la sélection croisée de résistances aux antibiotiques dans les populations bactériennes. Cependant, peu de données existent sur les biofilms, des communautés bactériennes fixées aux surfaces, qui représentent pourtant le mode de vie bactérien principal et qui possèdent des capacités d’adaptation spécifiques. Les objectifs de cette thèse étaient donc de mieux comprendre comment le mode de vie biofilm influence l’adaptation bactérienne face aux stress biocides et la sélection croisée de résistances aux antibiotiques. Des biofilms de neuf souches d'Escherichia coli ont été exposés pendant un mois à quatre substances actives biocides, et la résistance à divers antibiotiques a été quantifiée. Les caractérisations phénotypiques et génomiques des variants résistants ont ensuite permis d’élucider le rôle des biofilms dans la sélection de ces résistances ainsi que les mécanismes sous-jacents. Des liens entre l'exposition à plusieurs biocides et la sélection croisée de résistances aux antibiotiques ont été identifiés. L'exposition au N-(3-aminopropyl)-Ndodécylpropane-1,3-diamine (Triamine, TMN) et au chlorure de benzalkonium (BAC) a induit la sélection de variants résistants à la rifampicine (RifR) dans les biofilms, par rapport à l'exposition à H2O. Une récurrence de modifications du LPS a été identifiée dans les variants RifR de la condition TMN. Ils présentaient des avantages compétitifs par rapport aux souches parentales, aussi bien au niveau individuel que collectif dans les biofilms, renforçant ainsi leur risque de dissémination dans la chaîne alimentaire. Une autre association a été trouvée entre l’exposition au polyhexaméthylène biguanide (PHMB) et la sélection de résistances aux aminosides. Les résultats ont montré que le PHMB induisait des modifications structurelles des biofilms, altérant ainsi la réponse physiologique dans diverses souches, ce qui a été associé à l’émergence d’une résistance croisée adaptative à la gentamicine. Globalement, cette recherche souligne l'importance d'étudier les biofilms, qui façonnent les voies évolutives des bactéries. Les résultats permettront d’évaluer plus précisément le risque lié à l’utilisation des biocides en relation avec la résistance aux antibiotiques, et d'identifier des marqueurs de développement de résistances croisées, utilisables pour développer des outils de surveillance dans la chaîne alimentaire.

Les agents antimicrobiens sont souvent administrés aux bovins laitiers pouvant contaminer ainsi, le lait et les produits laitiers. Des limites maximales de résidus (LMRs) ont été établies dans de nombreux pays pour prévenir leurs effets nocifs sur la sante. Au Liban, l'absence de surveillance régulière des résidus dans les produits laitiers est due entre autres à l’absence des méthodes d’analyse multi-résidus sur les produits laitiers locaux. Notre projet vise à mettre en place une méthode multi-résidus rapides permettant de réaliser un plan de surveillance des agents antimicrobiens dans les produits laitiers au Liban. Une méthode de dépistage ciblée, adaptée et validée selon les critères de performance européens pour la détection de 71 agents antimicrobiens dans le lait et le labné au moyen de la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse (CL-SM/SM) a été appliquée sur 90 lots de labné et de lait collectés au Liban, révélant une contamination pour 71 % des lots principalement par des résidus de macrolides et de (fluoro)quinolones. Nous avons également évalué l'impact du processus de préparation du labné sur les agents antimicrobiens ; ce qui a permis de montrer la possibilité d’élimination, de concentration ou de dégradation de certains résidus en fonction de leur caractéristique physicochimique. En parallele, un biocapteur commercial immuno-chimioluminescent a également été testé. Les résultats de dépistage obtenus au moyen de ces kits dans le lait ont montré une grande similarité avec ceux obtenus par CL-SM/SM. Mais l’efficacité de ces kits pour le labné a été jugée insatisfaisante en raison du nombre de faux positifs et de faux négatifs probablement liés à la spécificité de ces kits développés pour le lait cru.

Lors de la fabrication des aliments pour animaux, une contamination croisée peut se produire entre les aliments médicamenteux et les non médicamenteux, ce qui peut emmener à la présence non maîtrisée d’antibiotiques dans ces derniers. L’exposition des animaux à des faibles concentrations d’antibiotiques questionne sur les risques d’un potentiel transfert de résidus vers les denrées d’origine animale, ainsi que d’une possible sélection d’antibiorésistance. L’objectif de ces travaux de thèse a été d’étudier ces deux risques. Le risque de résidus dans les denrées d’origine animale a été évalué à travers des expérimentations animales où des porcs ont été exposés à un aliment contaminé à des taux tolérés par les Bonnes Pratiques de Fabrication. Les antibiotiques étudiés ont été l’association sulfadiméthoxine/triméthoprime et l’oxytétracycline. Des échantillons de plasma, de fèces et de tissus ont été prélevés et dosés. Pour étudier le risque de sélection d’antibiorésistance, une expérimentation animale a été faite sur deux groupes de porcs, un groupe témoin et un groupe recevant l’oxytétracycline aux taux de contamination acceptés. Des prélèvements fécaux ont été effectués avant et pendant le traitement afin d’étudier l’évolution des populations E. coli totales et résistantes. Les résultats de ces travaux montrent le besoin de limiter l’exposition des animaux à des aliments contaminés du fait du risque de dépassement des Limites Maximales de Résidus dans les denrées, ainsi que de sélection d’antibiorésistance.

Les plumes issues de l’élevage avicole sont valorisées par les industries agroalimentaires des coproduits animaux en farine de plumes. Riches en protéines, ces farines sont principalement incorporées dans l’alimentation animale aquacole, porcine et des animaux domestiques. Des études ont révélé la présence d’antibiotiques dans les plumes pendant plusieurs jours après l’administration d’un traitement thérapeutique. Cependant, aucun règlement n’est établi concernant la présence d’antibiotiques dans les plumes et dans les farines. Les plumes et les farines de plumes, pourraient contribuer à l’émergence de bactéries résistantes aux antibiotiques. Pour évaluer l’impact de la présence d’antibiotiques sur les animaux via l’utilisation de farines de plumes en alimentation animale, les travaux de la thèse se sont focalisés sur deux études cinétiques réalisées sur des poulets de chair hébergés (1) en cage et (2) sur sol. L’objectif était d’étudier le devenir de trois antibiotiques sélectionnés : la sulfadiazine, le triméthoprime et l’oxytétracycline. En parallèle de ces études, l’impact du traitement antibiotiques a été étudié sur les bactéries Escherichia Coli. Des travaux complémentaires ont été réalisés sur des farines de plumes fabriquées au laboratoire et sur des farines de plumes provenant de l’industrie. Les résultats obtenus montrent la nécessité de réviser les règlementations des coproduits animaux et des protéines animales transformées concernant la présence d’antibiotiques dans les plumes et dans les farines de plumes en Europe.

Les pesticides forment une très vaste catégorie de contaminants environnementaux dont l’exposition est généralisée. De plus en plus d’études mettent en exergue des présomptions de liens entre des expositions aux pesticides et la survenue de pathologies. Parmi les acteurs clés du devenir et de la toxicité des xénobiotiques, figurent les transporteurs membranaires, localisés notamment au niveau des barrières biologiques. Pourtant, les interactions des pesticides avec les transporteurs membranaires sont encore mal caractérisées au regard de la diversité des pesticides. Aussi, l’objectif de cette thèse était de contribuer à l’amélioration de l’état des connaissances des interactions entre les pesticides et les transporteurs membranaires humains. Pour cela, une première partie de la thèse a consisté à étudier les interactions entre les pesticides au sens large et un transporteur majeur en toxicologie, la P-gp, au moyen d’approches complémentaires. Les interactions entre les pesticides et la P-gp ont ainsi été étudiées in silico avant d’être approfondies in vitro sur différents modèles cellulaires, une sous-lignée des cellules MCF7 sélectionnée par résistance à la doxorubicine, et la lignée cellulaire intestinale Caco-2. Puis dans un second temps, la thèse a été focalisée sur les interactions de pesticides carbamates avec les principaux transporteurs membranaires humains recommandés pour l’étude des xénobiotiques. Plusieurs interactions ont ainsi été mises en évidence à l’issue de ce projet. Un pesticide a été montré substrat de la P-gp, cinq ont été démontrés inhibiteurs de la P-gp et deux carbamates ont modulé l’activité des transporteurs BCRP, OAT3, OCT1, OCT2 et MATE2-K. Les résultats de cette thèse apportent des éléments de caractérisation des interactions entre les pesticides et les transporteurs membranaires humains, qui s’intègrent dans la compréhension des mécanismes de toxicocinétique pouvant contribuer à la toxicité de ces composés.

Les colorants de la famille des triarylméthanes sont interdits en aquaculture à cause de leur toxicité. Malgré cela, ils sont toujours utilisés en aquaculture du fait de leurs propriétés antiseptiques et antifongiques, de leurs faibles coûts et de leur disponibilité en tant que produits chimiques pour certaines industries. Afin de protéger les consommateurs, la réglementation européenne impose des contrôles stricts des résidus de substances interdites dans les denrées d’origine animale. En France, pour les colorants à activité pharmacologique, ce contrôle est ciblé sur la présence de résidus de vert de malachite, de cristal violet et de vert brillant dans les produits d’aquaculture, incluant leurs résidus marqueurs métabolisés sous forme de leuco-bases. Pour anticiper le futur de la surveillance des colorants face à d’éventuelles nouvelles pratiques d’usages, cette thèse a exploré différentes approches reposant sur l’analyse du métabolome par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse à Haute Résolution et des méthodologies in vitro et in vivo. Les résultats de ce projet apportent des données i) sur le comportement et le devenir de colorants dans les poissons et ii) sur leurs effets, en vue de proposer des marqueurs de traitement issus de l’endo-métabolome et/ou de le xéno-métabolome. Nous avons pu observer une perturbation biologique sur la production d’acides biliaires après traitement au vert de malachite et au victoria pure blue bo (VPBO). Par ailleurs, un métabolite direct issu du traitement de truites au VPBO, le dééthyl-leuco-VPBO, a été souligné comme un résidu marqueur approprié dans le muscle et la peau de poisson. Enfin, une méthode analytique de détection étendue à d’autres familles de colorants, et incluant de nouveaux résidus marqueurs de traitement, a été développée par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem.

Les phycotoxines, métabolites secondaires produits par certaines espèces phytoplanctoniques, peuvent s’accumuler dans la chair des coquillages filtreurs et provoquer des intoxications chez l’homme suite à leur consommation. Pour certaines toxines dites lipophiles, les données épidémiologiques ont souligné divers symptômes, en particulier intestinaux. Cependant pour d’autres, aucun impact n’a été documenté chez l’homme malgré une toxicité avérée chez le rongeur. Par ailleurs, les études de toxicité intestinale in vitro disponibles ont utilisé seulement des modèles cellulaires en monocultures ne prenant pas en compte l’unité fonctionnelle du système intestinal, en particulier la présence du système nerveux entérique. Ainsi, ce travail s’est attaché à mieux prendre en compte la diversité cellulaire intestinale à l’aide des lignées cellulaires représentatives des entérocytes (Caco-2), des cellules à mucus (HT29-MTX) et des cellules gliales (EGC) pour évaluer la toxicité de 6 phycotoxines : acide okadaïque (AO), pecténotoxine-2 (PTX2), yessotoxine (YTX), azaspiracide-1 (AZA1), spirolide-C (SPX) et palytoxine. Hormis la SPX, toutes les toxines ont montré une cytotoxicité sur les EGC avec une diminution de la viabilité et l’augmentation des marqueurs gliaux : GFAP, iNOS et S100β, médiateurs surexprimés lors d’un stress par les EGC. Sur le modèle de co-culture Caco-2/HT29-MTX, la YTX et l’AZA1 ont montré une légère toxicité avec une diminution de la viabilité et de la perméabilité. En plus, avec l’AO et la PTX2, on observe une réponse inflammatoire et une légère augmentation de la production de mucus. L‘effet toxique de l’AO et de la PTX2 ciblerait d’avantage les HT29-MTX que les Caco-2. En tri-culture, la présence d’EGC accentue la toxicité de la PTX2 alors qu’au contraire, elles protègent les cellules épithéliales de la toxicité de l’AO. Il semblerait que l’augmentation de GDNF et de BDNF par les EGC, gliomédiateurs renforçant les fonctions de la barrière intestinale, soient impliqués dans cette protection. Les résultats de ce projet apportent des données complémentaires pour l’évaluation du danger de phycotoxines. Ils soulignent le rôle joué par d’autres cellules que les entérocytes sur la réponse toxique engendrée par ces toxines.