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Vers la mise au point d’un test in vitro afin d’évaluer la nocivité des insecticides pour les abeilles

Les insecticides sont pointés du doigt comme étant l’un des facteurs responsables du déclin des abeilles. De nombreuses études en laboratoire et sur le terrain ont prouvé la sensibilité des pollinisateurs à l’égard de certaines de ces substances, y compris à des niveaux d’exposition faibles. Afin de mieux anticiper la toxicité des produits phytosanitaires et de contribuer à l’élaboration de solutions alternatives, les chercheurs de l’unité de recherche Abeilles et Environnement du centre Inra PACA mènent depuis plusieurs années des travaux sur les canaux ioniques neuronaux des abeilles. Les résultats de leurs études ont servi de base à l’élaboration d’un test in vitro permettant d’évaluer la toxicité de molécules chimiques pour les pollinisateurs. Ce test élaboré en collaboration avec le CNRS de Montpellier et une université canadienne, a fait l’objet du dépôt de deux brevets d’invention.

Sous les sensilles olfactives (ovales), visibles au microscope électronique à l’extrémité de l’antenne, se trouvent des neurones qui détectent les odeurs et qui sont sensibles aux insecticides.. © Inra, Claude COLLET
Par Irène TROIN
Mis à jour le 30/01/2017
Publié le 28/09/2016

La neurotoxicité des insecticides : une histoire de canal

La sensibilité de l’abeille domestique Apis mellifera vis-à-vis des produits phytosanitaires est une question qui mobilise fortement les scientifiques de l’Inra et d’autres structures de recherche. Au sein de l’unité de recherche Abeilles et Environnement basée à Avignon, des chercheurs spécialistes en neurophysiologie et en toxicologie ont étudié, chez l’abeille domestique, le fonctionnement des canaux ioniques qui sont les principales cibles des insecticides neurotoxiques. Les canaux ioniques contrôlent les transports d’ions au travers des membranes de plusieurs types cellulaires, particulièrement des neurones, où les canaux sodiques (cible principale des insecticides pyréthrinoïdes) sont à l’origine du signal nerveux. Plusieurs autres types de canaux ioniques, quant à eux impliqués dans la neurotransmission synaptique sont ciblés par des insecticides (les récepteurs-canaux à l’acétylcholine, au GABA, ou au glutamate). En perturbant le fonctionnement de ces canaux, les insecticides peuvent compromettre des processus physiologiques tels que l’olfaction ou la gustation, indispensables à la survie de l’insecte. Les chercheurs ont par exemple montré qu’à une dose faible ne causant pas la mort, un insecticide pyréthrinoïde, qui altère le fonctionnement des canaux sodiques, ou un néonicotinoïde, qui perturbe le fonctionnement des récepteurs-canaux à un neurotransmetteur appelé acétylcholine, pouvaient provoquer un déficit locomoteur chez de jeunes abeilles, persistant plusieurs heures après l’exposition.

Dans le cadre du projet Bee-Channels financé par l’Agence Nationale de la Recherche, dont l’objectif est de contribuer à l’amélioration des méthodes d’évaluation de la neurotoxicité des insecticides pour les abeilles, les chercheurs ont réussi à mettre au point un test in vitro qui pourrait s’avérer utile dans le contexte du plan de réduction des insecticides Ecophyto 2 lancé par le Ministère de l’environnement, de l’énergie et de la mer. Ce travail a été réalisé en collaboration avec le centre de recherche en biochimie macromoléculaire (CRBM) du CNRS et l’Université Laval à Québec*.

Une innovation Inra au service des abeilles

A l’instar de l’approche utilisée depuis quelques années en pharmacologie humaine pour prédire in vitro les risques cardiotoxiques des médicaments candidats (test hERG), le nouveau test mis au point par les chercheurs peut révolutionner le domaine de la toxicologie des pollinisateurs. Les chercheurs ont réussi à induire l’expression in vitro des canaux sodiques et calciques neuronaux d’abeille afin de tester leur fonctionnalité après exposition aux insecticides. Actuellement, l’expression d’autres types de canaux ioniques est à l’étude. Grace à ce procédé, les scientifiques peuvent quantifier l’altération des canaux en étudiant divers paramètres du signal nerveux. L’ensemble de ces effets fournit une indication prédictive sur l’effet neurotoxique in vivo des substances testées. Des molécules candidates pourraient être ainsi passées au crible via une méthode robotisée afin de sélectionner des insecticides efficaces contre les insectes ravageurs des cultures mais respectueux des pollinisateurs.

Ce test fonctionnel présenterait également l’avantage de réduire le nombre d’expérimentations nécessaire sur les abeilles vivantes en criblant les molécules in vitro bien en amont des tests toxicologiques classiques, en respectant ainsi la « règle des 3 R : Réduire, Raffiner, Remplacer » encadrant les procédures d’expérimentation animale. Afin de valoriser les deux brevets d’invention co-déposés par l’Inra, la technologie pourrait dans le futur faire l’objet d’un partenariat de valorisation avec une industrie ou une start-up. Ce test développé par les chercheurs de l’Inra pourrait être d’une aide précieuse dans le combat mené contre la disparition des abeilles.

* Equipe Pharmacologie de la transmission synaptique & neuroprotection à l’Institut des Biomolécules Max Mousseron, de Montpellier, qu’ont intégrée les chercheurs du CRBM impliqués. Equipe Neurosciences moléculaires et cellulaires de l’Université Laval à Québec.

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Références

Kadala, A., Charreton, M., Jakob, I., Le Conte, Y. and Collet, C. (2011). A use-dependent sodium current modification induced by type I pyrethroid insecticides in honeybee antennal olfactory receptor neurons. Neurotoxicology 32 : 320-330.

ANR Bee-Channels (ANR-13-BSV7-0010)
Sensibilité des canaux sodiques et calciques de l'abeille envers les pyrethrinoïdes : aspects moléculaires et conséquences sur le comportement de butinage.

Brevets

Canaux calciques :
Demande de brevet français publiée sous le N° FR3003863 aux noms de CNRS, UM, Inra – N° WO2014155021
« Modèle in vitro d’expression des canaux calciques d’abeilles comme outil d’évaluation de la toxicité potentielle de produits phytosanitaires ».

Canaux sodiques :
Invention qui a fait l’objet d’un dépôt prioritaire européen sous le N° EP 3040345 A1 aux noms de CNRS, UM, Université Laval, Inra
« Sodium channel subunits of pollinator insects and uses thereof ».