Identification des formes chimiques du sélénium et du mercure par imagerie par spectrométrie de masse chez la truite pour optimiser son développement en aquaculture et réduire l'impact environnemental // identification of selenium and mercury species in t

Topic description

Le sélénium (Se) est un oligoélément essentiel, principalement en raison du rôle clé des sélénoprotéines aux propriétés anti-oxydantes. Les produits marins, riches en Se, répondent aux besoins nutritionnels humains et piscicoles. Cependant, pour soutenir une aquaculture durable, enjeu de taille pour la Région Nouvelle-Aquitaine, la farine de poisson est de plus en plus remplacée par des farines végétales pauvres en Se. Cela impose une supplémentation limitée par des seuils réglementaires stricts. Une alternative prometteuse est l'utilisation de coproduits de poisson, notamment ceux du thon, riches en sélénonéine, une molécule anti-oxydante unique. Toutefois, ces coproduits peuvent contenir des contaminants métalliques comme le mercure (Hg), un des dix polluants les plus dangereux. Le Hg peut perturber l'expression des sélénoprotéines chez les poissons reproducteurs, affectant leurs performances et le transfert de nutriments vers leur descendance. Ce problème est particulièrement critique chez les alevins de salmonidés, très sensibles au stress oxydant, compromettant leur développement. Ce projet de thèse s'inscrit dans le cadre du projet SELEST qui vise in fine à optimiser les formulations alimentaires des géniteurs et alevins de poissons en intégrant des ingrédients durables comme les coproduits de thon.
L'objectif du projet est d'élucider le métabolisme du Se chez les alevins de truite arc-en-ciel issus de géniteurs nourris pendant 6 mois avant la ponte avec ces nouvelles formulations. Les effets de ces aliments seront comparés à ceux des produits de farines de poissons sauvages ou végétales. Une attention particulière sera portée pour l'identification des formes chimiques du Se et des interactions du Hg avec les biomolécules environnantes, nécessitant des approches analytiques innovantes sur des échantillons de si petite taille. L'imagerie multimodale par spectrométrie de masse (MSI) sera mise en œuvre pour l'analyse des espèces de Se et de Hg directement sur des coupes fines d'alevin. La méthodologie analytique combine l'ablation laser-ICP MS, la spectrométrie de masse MALDI et l'immunohistochimie. Cette méthodologie permettra d'identifier et de cartographier les espèces de Se (acides aminés séléniés, sélénoprotéines), les interactions des formes chimiques du Hg avec le Se et les biomolécules environnantes pour établir une empreinte moléculaire.

Le candidat sera en charge des tâches suivantes :
1) Extraction et interprétation des données d'imagerie générées par les modalités d'imagerie
2) Identification des tissus avec les plus fortes teneurs en Se
3) Identification des espèces séléniées dans les tissus des alevins de truite avec une cartographie des sélénoprotéines par immunohistochimie, LA-ICP-MSI quantitative et MALDI-MSI
4) Réalisation imagerie multi-omique
5) Identification des dépôts de Hg dans les tissus et colocalisation potentielle avec le Se.
6) Cartographie des espèces de Hg et de leur interaction avec les biomolécules dans les tissus de poisson par MALDI-MSI.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Selenium (Se) is an essential trace element, chiefly due to the critical role of selenoproteins, which possess antioxidant properties. Marine products, rich in Se, fulfill the nutritional requirements of both humans and fish. However, to support sustainable aquaculture—a key issue for the Nouvelle-Aquitaine Region—fishmeal is increasingly being replaced by plant-based alternatives that are low in Se. This shift necessitates supplementation, which is constrained by strict regulatory limits. A promising solution lies in the use of fish by-products, particularly from tuna, which are rich in selenoneine, a unique antioxidant molecule. Yet, these by-products may also contain metallic contaminants such as mercury (Hg), one of the ten most hazardous pollutants. Mercury can disrupt the expression of selenoproteins in broodstock fish, impairing their performance and the transfer of nutrients to their offspring. This issue is especially critical for salmonid fry, which are highly sensitive to oxidative stress, thereby compromising their development.
This PhD project is part of the SELEST initiative, which ultimately seeks to optimize feed formulations for fish broodstock and fry by incorporating sustainable ingredients like tuna by-products. The project aims to elucidate the metabolism of Se in rainbow trout fry derived from broodstock fed with these new formulations for six months prior to spawning. The effects of these feeds will be compared to those of wild fishmeal or plant-based products. Special emphasis will be placed on identifying the chemical forms of Se and the interactions of Hg with surrounding biomolecules, requiring innovative analytical approaches for such small samples. Multimodal mass spectrometry imaging (MSI) will be employed to analyze Se and Hg species directly on thin sections of fry. The analytical methodology combines laser ablation-ICP MS, MALDI mass spectrometry, and immunohistochemistry. This approach will enable the identification and mapping of Se species (seleno amino acids, selenoproteins), as well as the interactions between Hg chemical forms, Se, and surrounding biomolecules to establish a molecular fingerprint.
The candidate will be responsible for the following tasks:
1.Extraction and interpretation of imaging data generated by various imaging modalities
2.Identification of tissues with the highest Se content
3.Identification of selenium species in rainbow trout fry tissues, including the mapping of selenoproteins using immunohistochemistry, quantitative LA-ICP-MSI, and MALDI-MSI
4.Conducting multi-omics imaging
5.Identification of Hg deposits in tissues and potential colocalization with Se
6.Mapping Hg species and their interactions with biomolecules in fish tissues using MALDI-MSI.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Début de la thèse : 01/10/

Funding category

Funding further details

Financement d'un établissement public Français