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Les interactions hôte-parasite en écotoxicologie : l’exemple des parasites de la dreissène en tant que facteur confondant Laëtitia MINGUEZ, Laure GIAMBERINI LIEBE – Laboratoire Interactions Ecotoxicologie Biodiversité Ecosystèmes CNRS UMR 7146 Journées ZAM 10 et 11 Mai 2010

Les interactions hôte-parasite en écotoxicologie : l’exemple des parasites de la dreissène en tant que facteur confondant Laëtitia MINGUEZ, Laure GIAMBERINI

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Les interactions hôte-parasite en écotoxicologie : l’exemple des

parasites de la dreissène en tant que facteur confondant

Laëtitia MINGUEZ, Laure GIAMBERINI

LIEBE – Laboratoire Interactions Ecotoxicologie Biodiversité Ecosystèmes

CNRS UMR 7146

Journées ZAM10 et 11 Mai 2010

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Context of the studyContext of the study

Ecotoxicology / Aquatic Ecology Parasitology

Environmental Parasitology

Important to determine combined effects of pollution and parasitism in ecotoxicological studies

Two questions: (1) Could parasites be indicators of environmental quality? (2) Could parasites modify biological responses of their hosts and interfere with bioindication procedures?

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Could parasites modify biological responses of their hosts and interfere with bioindication procedures?

Test organism: The zebra mussel (Dreissena polymorpha)

Sentinel organism – more than 30 symbionts described

3 streams in France :

3 cellular biomarkers:

- the structural changes of the digestive lysosomal system

- the accumulation of neutral lipids

- the accumulation of lipofuscin granules

Context of the study

+ Condition and Gonadal indexes

Villaine

Moselle

Meuse

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THE LYSOSOMAL SYSTEM

= Group of organelles (acid hydrolases)

- Intracellular digestion, reproduction, immune response, embryogenesis, cellular turnover, …

- Sequestration / accumulation of xenobiotics

Unspecific response to pollution

Context of the study

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UNSATURATED NEUTRAL LIPIDS

Energetic metabolism

- long term alimentary use

- reproduction

- thermic isolation

= mostly triglycerides

Context of the study

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Context of the study

LIPOFUSCIN GRANULES

= Intracellular granulous pigments(in secondary lysosomes)

Fast accumulation : pathogenic

Oxydative catabolism of : - lipids- proteins- ascorbic acid- polyenic compounds

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MethodsMethods

Remaining tissuesDigestive gland excision

Cryosections -27°C (8µm)

Histochemical staining

Image analysis (5 fields / ind.)

Stereological parameters

Lysosomal β-glucuronidase (Cajaraville et al., 1991)

Unsaturated Neutral Lipids (Moore, 1988)

Lipofuscin granules (Moore, 1988)

Lysosomal: VvL, SvL, NvL, S/VL

Neutral lipids: SvNL

Lipofuscines: SvLF

Biomarker revelation

sections (5µm)

Hematoxylin/Eosin staining

Inventory of parasites + Gonadal index

Prevalence, Mean Intensity

Observation (30-40 sections / ind.)

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Results and DiscussionResults and Discussion

Focus on bacteria and ciliates:

Rickettsiale-like organisms (RLO)

Ophryoglena spp.

-Intracellular bacteria-Digestive gland

-Ciliates-Digestive gland

Could it be sources of distortion in ecotoxicological studies ?

Previous study : Meuse vs Moselle (Sierck-les-Bains) (Minguez et al., 2009)

Study on the Moselle River: up- and downstream WSTP of Metz

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Results - Discussion

Infection status = infected or not

Only station discrimination

Parasite species (Downstream)

Lysosomal system

Experimental groups: at least 5 organisms, gender

Ratio BM response infected / non-infected

-Differences between ♂ and ♀

-Coinfection: synergism between parasite species

♂ : synergism –

♀ : synergism +

The primary parasite in the study site turns biological responses (i.e. RLOs)

* : significant

RLOs and Ophryoglena

-80%

-60%

-40%

-20%

0%

20%

40%

60%

80%

oph M oph F rlo M rlo F oph-rlo M oph-rlo F

Lyso

som

al v

olum

e de

nsity

/con

trol

* *

*

*CoinfectionBacteriaCiliates

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Phyllodistomum folium

Focus on two pathogenic trematodes:

Could it be sources of distortion in ecotoxicological studies ?

Bucephalus polymorphus

Molloy et al., 19975 mm

Results - Discussion

- Digenea

- ZM = the only intermediate host

- Gills Deformation

- Digenea

- ZM = 1st intermediate host

- Gonade Castration

Sporocyst

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Vv L

(10

-4 µ

m3/µ

m3)

2

3

4

5

6

7

8

9

NI M NI F P. folium M P. folium F

a a

b

ab

Phyllodistomum folium

LYSOSOMAL SYSTEM and NEUTRAL LIPIDS

-♂ : no significant differences (trends)

-♀ : infection more developped lysosomal system and more lipid reserves

LIPOFUSCIN GRANULES

- Differences between ♂ and ♀

Results - Discussion

Sampling : Meuse river Prevalence rate = 4.8% (564 dissected mussels)-Males = 2 times more infected

1.5

2.5

3.5

4.5

5.5

6.5

7.5

8.5

NI M NI F P. folium M P. folium F

Sv L

F (

10-4 µ

m2 /

µm

3 )

a a

bb

♂ : oxidative stress

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Vv L

(10

-4 µ

m3/µ

m3)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 + ++ +++

Results - Discussion

Infection:

- Delay in gonad development (gonadal index: NI > I)

- Condition index: NI > I

and the infection intensity ??

+ : ≤ 5 sporocysts ++ : 5 < sporocysts ≤ 10 +++ : gills covered by sporocysts

Only for males

LYSOSOMAL SYSTEM

Tendency : Negative correlation between infection intensity and lysosomal system responses (lysosomes more and more numerous and smaller)

5 mm

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Confounding factor in ecotoxicological monitoring

sensibility to environmental

conditions

Results – Discussion

Males:Females:

lysosome system,

lipidic reserves,

lipofuscin granules

lysosome system lipidic reserves lipofuscin granules

Better defenses More sensitive

( infection prevalence)

Parasite development or

Host’s eating behaviour modification( food intake)

Oxidative stress:Inflammatory processes

and/or antioxidant enzyme activities

vs

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Bucephalus polymorphus

Sampling : Villaine river Prevalence rate = 1.9% (905 dissected mussels)

Studied Compartments : Lysosomes, Lipids, Lipofuscins

No significant differences between infected and non-infected organisms

Condition index: FW/(L*H*W)

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

NI B. polymorphus

Con

ditio

n in

dex

a

b

CI: Non-infected < Infected

Infection :

speed weight intake

Parasite = beneficial ??

Results – Discussion

FW: Fresh Weight L: shell Length

H: shell Height W: shell Width

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Reproduction Reproduction

P. FoliumIn males

B. polymorphus

Results - Discussion

ReproductionParasite

DevelopmentGrowth MaintenanceGrowth MaintenanceGrowth Maintenance

Modification of the host’s energetic metabolism

Energy for reproduction used for parasite development

STRESS NO STRESS

Confounding factor Confounding factor

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ConclusionConclusion

Parasitism = confounding factor ? Yes

But it depends of :

- parasite species

- infection intensity

- host gender

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AcknowledgementsAcknowledgements

Studies supported by an EC2CO program and the CPER Lorraine- ZAM

ReferencesReferencesCajaraville, M.P., Marigómez, J.A., Angulo, E., 1991. Arch. Environ. Contam. Toxicol. 21, 395-400.Minguez, L., Meyer, A., Molloy, D.P., Giambérini, L., 2009. Environ. Res. 109, 843-850.Moore, M.N., 1988. Mar. Ecol. – Prog. Ser. 46, 81-89.