La bioaccumulation d’une nanoparticule d’argent (nAg) par l’algue verte Chlamydomonas reinhardtii : distinguer la contribution de la particule de celle de l’ion Ag+

L’explosion de la nanotechnologie a permis l’intégration d’une multitude de nanoparticules dans des produits de consommation. Les nanoparticules d’argent (nAg) sont les plus utilisées à ces fins, selon les derniers recensements disponibles. La plupart des études toxicologiques, à ce jour, ont fait état de l’implication très évidente de l’ion Ag+ dans la toxicité aigüe des nAg; cependant, quelques études ont mis en évidence des effets toxicologiques dus aux nAg. Il y a un certain consensus à propos d’un risque de contamination des eaux douces via leur rejet par les effluents des réseaux d’aqueducs. Puisque les concentrations en Ag+ sont généralement très faibles dans les eaux douces (de l’ordre du pg L-1), de par la formation de complexes non-labiles avec des thiols (organiques et inorganiques) et des sulfures, la toxicité inhérente aux nAg pourrait ne pas être négligeable- comparativement aux tests en laboratoires. Cette étude s’intéressait donc aux mécanismes de bioaccumulation d’argent par l’algue verte C. reinhardtii suite à l’exposition à des nAg de 5 nm (enrobage d’acide polyacrylique). La bioaccumulation d’argent pour l’exposition à Ag+ servait de point de comparaison; également, les abondances de l’ARNm de l’isocitrate lyase 1 (ICL1) et de l’ARNm de Copper Transporter 2 (CTR2) étaient mesurées comme témoins biologiques de la bioaccumulation de Ag+. Les expériences ont été menées en présence d’un tampon organique (NaHEPES, 2 x 10-2 M; Ca2+, 5x 10-5 M) à pH de 7,00. Pour des expositions à temps fixe de 2 heures, la bioaccumulation d’argent pour nAg était supérieure à ce qui était prédit par sa concentration initiale en Ag+; cependant, il n’y avait pas de différence d’abondance des ARNm de ICL1 et de CTR2 entre nAg et Ag+. D’un autre côté, pour une exposition à temps variables, la bioaccumulation d’argent pour nAg était supérieure à ce qui était prédit par sa concentration initiale en Ag+ et une augmentation de l’abondance de l’ARNm de ICL1 était notée pour nAg. Cependant, il n’y avait aucune différence significative au niveau de l’abondance de l’ARNm de CTR2 entre nAg et une solution équivalente en Ag+. L’ajout d’un fort ligand organique (L-Cystéine; log K= 11,5) à une solution de nAg en diminuait radicalement la bioaccumulation d’argent par rapport à nAg-sans ajout de ligand. Par contre, l’abondance des ARNm de ICL1 et de CTR2 étaient stimulées significativement par rapport à une solution contrôle non-exposée à nAg, ni à Ag+. Les résultats suggéraient fortement que les nAg généraient des ions Ag+ au contact de C. reinhardtii. The recent developments in nanotechnology have given rise to a new and increasing economical market where nanoparticles are at the forefront. Recent inventories of the nanoparticles-containing products have shown that silver nanoparticle- containing products are the most frequently used consumer nanomaterial. Due to the fear of a large scale contamination-and even pollution- of the aquatic environment from silver nanoparticles (nAg), studies have been conducted to assess their toxicities, which, in many cases, have been found to be mediated by the concomitant presence of Ag+. Notably, few studies have found evidence of toxicity due to the nAg, per se. Since numerous non-labile complexes are formed with Ag+ in freshwaters- especially with thiols and sulfides-, nAg toxicity might be more relevant in comparison to laboratory tests where the Ag+ tends to dominate toxicity studies. Therefore, this study investigated the mechanisms underlying silver bioaccumulation by the green alga, C. reinhardtii upon exposure to solutions of nAg (nominal size of 5 nm; poly-acrylate coating). Silver bioaccumulation upon exposures to the free ion alone served for comparison. In parallel, the abundance of two mRNAs- ICL1 and CTR2- were used to better understand the mechanisms underlying the bioaccumulation of Ag+ (and potentially nAg). The experiments were conducted in pH buffered solutions (NaHEPES, 2 x 10-2 M; Ca2+, 5x 10-5 M) at pH 7.00. For 2-hour exposures, the silver bioaccumulation for solutions of nAg exceeded what was expected from their Ag+ content only; however, no differences were noticed in the abundance of the expression of ICL1 and CTR2. For variable time exposures, the silver bioaccumulation for solutions of nAg exceeded what was expected from their Ag+ content only. Moreover, the expression of ICL1 was significantly higher for nAg than what was expected based upon an exposure to Ag+ only. When exposed to nAg, expression levels of CTR2 could be predicted from levels based solely on the Ag+ concentrations. The addition of a large excess of L-Cysteine, which is a very strong silver ligand (log K =11.5), to a nAg solution largely decreased silver bioaccumulation, however, bioaccumulation remained significant and the expression of both ICL1 and CTR2 were significantly higher than that of the control solutions (without Ag+). The results strongly suggest that nAg generated Ag+ ions when in contact with C. reinhardtii and that the nAg released to freshwaters might exert its toxicity through organism-contact-dependant release of Ag+.

Keyphrases: Nanoparticules d’argent, Bioaccumulation, ARNm, Copper Transporter 2, Cuivre, Copper, Chlamydomonas reinhardtii, Bioaccumulation, Silver nanoparticles, mRNA