pesticides : la face cachée des plantes

entretiens 13 | 02 | 2014

pesticides : la face cachée des plantes

Alors que les projecteurs médiatiques sont systématiquement braqués sur les molécules synthétiques, les neurotoxines sécrétées par les plantes ne suscitent aucune inquiétude. Et pourtant...

Entretien avec le Dr Jean-Louis Thillier, président d’EuroScience Consulting, expert en sécurité sanitaire et ancien directeur du laboratoire de recherche de physiopathologie digestive du service de médecine interne et d’hépato-gastro-entérologie du CHU de Tours.

 
Dans la nature, il existe plus de 350000 variétés différentes de céréales, de plantes et de fruits. Or, nous n’en consommons qu’à peine quelques dizaines. Comment ce choix s’est-il opéré ?

Dr Jean-Louis Thillier :Tout simplement parce que la plupart de ces 350 000 plantes terrestres estimées sont vénéneuses ! Et même les quelques dizaines qui sont consommables ne sont pas exemptes de danger, si l’on en abuse. En effet, au fil de leur évolution, les plantes ont compensé leur immobilité en déployant une multitude de mécanismes de défense afin de pouvoir survivre soit aux conditions climatiques hostiles, soit à leurs prédateurs.

Cette course évolutionnaire a abouti à l’élaboration de systèmes de défense directe. En premier lieu, on trouve les défenses par protection mécanique, avec les différents obstacles structurels qui émaillent la surface des plantes (épines, poils, feuilles durcies par une cuticule épaisse, trichomes, raphides), et les mouvements thigmonastiques (comme le mouvement de repli des feuilles). Les plantes ont également élaboré une stratégie de défense complémentaire consistant à sécréter des composés chimiques, appelés métabolites secondaires car ils sont non-essentiels à la croissance et à la reproduction. On les classe en deux catégories. La première regroupe les métabolites secondaires qualitatifs, qui sont des composés de petites molécules solubles promptement synthétisées, transportées et stockées, avec un coût énergétique négligeable pour la plante, et qui sont présents à des concentrations inférieures à 2% de la matière sèche. Ce sont en majorité des biotoxines mortelles, dont font partie les pesticides neurotoxiques naturellement sécrétés par les plantes.

La seconde catégorie est représentée par les métabolites secondaires quantitatifs, qui sont présents dans les végétaux à de fortes concentrations (comprises entre 10 et 30% de la matière sèche), et qui sont composés de molécules beaucoup plus volumineuses et complexes, nécessitant plus de temps pour être fabriquées et transportées, avec un coût énergétique important pour la plante (énergie prélevée au détriment des processus métaboliques essentiels comme la croissance et la reproduction). Ces métabolites secondaires quantitatifs ne sont pas des toxines mortelles, mais souvent des facteurs antinutritionnels (c’est-à-dire qu’ils sont capables de réduire la digestibilité réelle en diminuant le coefficient d’utilisation digestive et la valeur énergétique de la partie de la plante ingérée), ou des facteurs antimétabolites (substances chimiques qui empêchent l’utilisation de certains métabolites faisant partie du métabolisme normal). Enfin, certaines plantes ont également élaboré des systèmes de défense indirecte, qui consistent à attirer les ennemis naturels de leurs propres ravageurs par la libération d’un mélange de substances volatiles.

Ce cocktail de molécules fabriquées par la plante rend celle-ci vénéneuse, soit par une toxicité à long terme, difficile à mettre en évidence, soit par une toxicité à court terme. Le cas de l’ intoxication au datura survenue en septembre 2012 en est un exemple récent.

Nos ancêtres, qui connaissaient de manière très empirique certaines de ces propriétés neurotoxiques, les ont largement utilisées, notamment pour leurs effets psychotropes recherchés dans le cadre de l’accomplissement de divers rituels. Ainsi, dans de très nombreuses sociétés amérindiennes, on consommait des substances hallucinogènes (comme la mescaline, tirée d’un cactus ou de l’Epéna, une poudre préparée à partir de l’arbre Virola), en particulier pour communiquer avec le monde des morts, des dieux et des totems. Avec les connaissances développées par la chimie moderne, la médecine a pris le relais. Depuis, elle fait appel avec succès, en monothérapie et à doses connues, à de nombreux principes actifs de ces molécules fabriquées par les plantes, notamment en chimiothérapie.

Quels sont les dangers des molécules chimiques secondaires sécrétées par les plantes consommées ou utilisées par les hommes ?

Les insecticides synthétisés par les plantes, dirigés en priorité contre les insectes ravageurs, agissent le plus souvent directement au niveau des neurones. Ce sont donc de puissants neurotoxiques !
 
La roténone est de loin le plus connu de tous. C’est un insecticide naturellement produit par certaines plantes tropicales, et dont l’administration par injections répétées à faibles doses chez les rats provoque la maladie de Parkinson [1], [2]. En effet, cet insecticide naturel possède une toxicité sélective pour les neurones producteurs de dopamine [3], [4]. Sa toxicité provient de son effet inhibiteur du complexe de la chaîne respiratoire mitochondriale. Dans une étude publiée le 26 janvier 2011 par la revue Environmental Health Perspectives, des chercheurs du National Institute of Environmental Health Sciences américain et du Parkinson’s Institute and Clinical Center (Sunnyvale-Californie) ont révélé que la maladie de Parkinson est 2,5 fois plus fréquente chez les sujets ayant déclaré avoir utilisé de la roténone [5]. Il n’est donc pas étonnant de constater que l’importante utilisation de cet insecticide naturel a coïncidé avec l’augmentation des cas de maladie de Parkinson.

Heureusement, en avril 2008, la Commission européenne a demandé à tous les États-membres de retirer les produits contenant de la roténone. Très apprécié en agriculture biologique, cet insecticide a toutefois bénéficié en France d’un usage par dérogation pour des utilisations sur pommes, pêches, vignes, cerises et pommes de terre, jusqu’à fin avril 2011. Cet emploi était réservé aux utilisateurs professionnels munis d’un équipement de protection approprié.

Hormis la roténone, que nous ne consommons pas directement, quelles sont les principales molécules naturellement sécrétées par des plantes et qui ont des effets neurologiques ?

On peut citer le sulfure de diméthyle, un composé soufré volatil produit par les légumes de la famille des crucifères (choux, navet, moutarde, raifort, cresson, rutabaga, roquette, radis, giroflée et colza), et de celle des alliacées (oignon, poireau, ail, ciboulette). Ces légumes et condiments sont riches en acides aminés soufrés non-protéiques, comme l’alliine, un constituant naturel de l’ail. Lors de l’attaque d’un insecte phytophage ou lorsque de l’ail frais est écrasé ou haché, l’éclatement des cellules végétales permet à l’alliine d’être mise en présence de l’alliinase, une enzyme située dans des vacuoles, ce qui donne naissance au sulfure de diméthyle ou DMDS.
 
Des neurones DUM de cafard ont été choisis comme modèle pour étudier le mode d’action cellulaire de ce pesticide neurotoxique [6], [7], caractérisé par une activité électrique spontanée appelée pacemaker. Avec ce modèle, Dugravot a permis d’identifier que le DMDS possède des propriétés insecticides neurotoxiques par inhibation de l’activité de la cytochrome c oxydase du complexe IV de la chaîne respiratoire de la mitochondrie [8]. Ce qui provoque ensuite, par une série de réactions en chaîne, une perte de l’activité électrique neuronale.

Continuant l’exploration des dangers du sulfure de diméthyle, Hélène Gautier a étudié les effets du DMDS à des doses cent fois plus faibles (1μM) [9]. Sur les neurones DUM de la blatte, elle a d’abord constaté, dans les minutes suivant l’application, la modification de la fréquence et du mode de décharge de l’activité pacemaker des neurones. Puis elle a exploré le comportement des souris. Dès le contact avec le DMDS, la chercheuse a noté une forte agitation, durant laquelle les animaux cherchent à se soustraire au sulfure de diméthyle. Cette agitation évolue ensuite vers une réaction d’enfouissement défensif s’exprimant à l’encontre de stimuli aversifs. À partir de la trentième minute, les souris présentent une respiration saccadée et irrégulière, et à partir d’une heure, elles sont prostrées. Enfin, sur l’activité électroencéphalographique, ses travaux montrent que toutes les souris exposées au DMDS (2 μM/ld’air) montrent dans la première demi-heure une baisse de l’activité EEG associée à l’apparition d’activités paroxystiques élémentaires caractéristiques des symptômes de type épileptique. Ainsi, la recherche des dangers du sulfure de diméthyle, trouvé en abondance dans nos légumes, révèle de nombreuses cibles neurologiques, même à faible concentration !

Il n’est pas étonnant de constater que l’importante utilisation de la roténone, un insecticide naturel, a coïncidé avec l’augmentation des cas de maladie de Parkinson.

De plus, en laboratoire, le sulfure de diméthyle est un nématicide, un fongicide, un bactéricide et même un herbicide contre certaines graines adventices. Comme il diffuse très facilement dans le sol, les déchets à base d’oignons et de poireaux peuvent être utilisés comme biofumigants. À l’instar d’autres pesticides naturels synthétisés par les plantes –ou par les industriels–, le sulfure de diméthyle est un insecticide neurotoxique doté d’un large spectre d’activité. Son usage nécessite donc des recherches complémentaires afin d’identifier plus précisément les risques pour certains consommateurs, et surtout les risques éventuels d’effets secondaires retardés suite à des expositions chroniques à de faibles quantités.

Très à la mode, l’aromathérapie utilise les propriétés de diverses huiles essentielles. Quel est votre regard sur cet usage ?

Les huiles essentielles sont composées de substances volatiles de faible masse moléculaire extraites de plantes. Elles ont également pour principale fonction de protéger la plante contre ses prédateurs. Chaque huile comprend des mélanges de terpènes, incluant de puissants neurotoxiques pour les insectes. Trois principes actifs sont couramment utilisés : l’estragol, l’eugénol et le thymol.
 
L’estragol (ou méthyl chavicol) se retrouve principalement dans les huiles essentielles du basilic (74%), de l’estragon (66 à 85%) et du fenouil doux (5%). Il est largement utilisé en tant qu’agent aromatisant dans les aliments, comme parfum en cosmétologie ou comme plante médicinale en tant qu’agent antimicrobien contre les bactéries acido-résistantes. Or, l’estragol est lui aussi un puissant insecticide naturel, qui agit comme un neurotoxique en interrompant la transmission de l’influx nerveux en réponse à une excitation. Ce pesticide neurotoxique naturel a été choisi par l’Institut national des sciences de la santé environnementale pour des essais de toxicité. Ainsi, en 2011, l’équipe de Bristol et al. (Caroline du Nord) a étudié ses effets sanitaires afin d’identifier certains dangers chez des groupes de 10 mâles et de 10 femelles de rats et de souris recevant 75, 150, 300 ou 600 mg d’estragol/kg de poids corporel par gavage, 5 jours par semaine, pendant 3 mois [10].

Six observations ont été établies :

- 1) le poids des testicules est significativement diminué, avec une hypospermie à partir de 300 mg/kg d’estragol ;
- 2) le poids du foie augmente significativement chez les femelles à partir de 75 mg/kg et chez les mâles à partir de 300mg/kg, avec une augmentation du taux sérique des enzymes hépatiques signifiant une hépatotoxicité par nécrose du foie ;
- 3) la mœlle osseuse est hyperplasique à partir de 75 mg/kg, avec une anémie microcytaire ;
- 4) le nombre de plaquettes est augmenté ;
- 5) le poids des reins a considérablement augmenté dans tous les groupes traités à partir de 75 mg/kg, et l’insuffisance rénale a augmenté de façon significative à partir de 600 mg/kg ;
- 6) dans les conditions de ces études de trois mois, l’estragol a montré une activité cancérigène, avec l’apparition de cholangiocarcinomes et d’un cancer du foie.
 
Bref, l’estragol révèle de nombreux dangers, et plus particulièrement un effet génotoxique carcinogène. En attendant de connaître les risques pour l’homme, les huiles essentielles contenant principalement de l’estragol sont tout naturellement contre-indiquées pendant la grossesse ou l’allaitement, chez les nourrissons et les jeunes enfants. Son utilisation sur de longues périodes est également déconseillée.

Qu’en est-il de l’eugénol ? Est-ce aussi un puissant neurotoxique ?

Absolument ! Comme l’estragol, l’eugénol est déconseillé chez la femme enceinte et chez l’enfant. Le cas de ce principe actif, que l’on retrouve principalement dans l’huile essentielle de clous de girofle (82%), de feuilles de cannelier (77 %), de piments de la Jamaïque (arbres également appelés quatre-épices, tout-épice, piment-giroflée ou bois d’Inde, 45%), de l’œillet commun (30%) et du laurier noble (1,5%), est très intéressant.
 
Ce composé aromatique aux multiples fonctions agit au niveau des synapses des insectes herbivores. Il bloque la production de neurotransmetteurs comme l’acétylcholine. C’est donc un insecticide neurotoxique. En outre, il défend la plante contre les attaques microbiennes, virales et fongiques.

Dès 1998, une équipe américaine de l’Université médicale du Texas a étudié ses effets sanitaires sur des cellules du foie de rat en culture [11]. Les cellules ont été exposées à diverses concentrations d’eugénol (1 à 1000 μM). Ces travaux ont montré d’une part que l’eugénol appauvrit le glutathion intracellulaire intervenant dans des réactions de détoxication et d’élimination d’espèces réactives de l’oxygène, et d’autre part qu’il inhibe les jonctions Gap communicantes intercellulaires, qui sont essentielles dans le maintien de l’homéostasie tissulaire et sont impliquées en cancérologie et dans le stress cellulaire en réponse à de faibles doses de peroxyde d’hydrogène.

Ces résultats permettent de comprendre comment l’eugénol génère des effets hépatotoxiques par épuisement des thiols cytoprotecteurs et par interférences dans les procédés thiol-dépendants telles que les jonctions Gap.

Bien entendu, ces travaux de toxicologie de laboratoire méritent d’être confirmés par d’autres études afin de déterminer les éventuels risques pour l’homme. Toutefois, par prudence, le gouvernement du Canada déconseille depuis lors l’utilisation des huiles essentielles à base d’eugénol chez la femme enceinte et chez l’enfant. Des recherches sur les humains sont nécessaires afin d’indiquer si le méthyl eugénol ajouté dans les aliments pour relever la saveur pose un risque au très long cours.

Le thymol est un principe actif utilisé en phytothérapie chez l’homme. Est-il sans danger ?

Le thymol, que l’on trouve principalement dans les huiles essentielles de thym à thymol (50%), d’origan (20%), de serpolet (14%) et de sarriette des montagnes (3%), contient des propriétés antiseptiques, antibactériennes, antivirales et antifongiques.
 
Récemment, Ranil Waliwitiya a évalué les effets du thymol sur le vol de la mouche verte à viande [12]. Ses travaux suggèrent que le thymol est lui aussi un insecticide neurotoxique qui agit au niveau des synapses et bloque la production de neurotransmetteurs comme l’acétylcholine. En effet, une application topique de thymol inhibe la fréquence de battements de l’aile de la mouche à partir de la quinzième minute et réduit les impulsions des muscles du vol, comme l’octopamine, un alcaloïde contenu dans l’écorce d’orange amère et qui a des effets sur le système dopaminergique. Le toxicologue conclut que le thymol agit au niveau du système nerveux central de l’insecte en imitant ou en facilitant l’action du GABA. Exactement comme le fipronil ! Le thymol est donc un insecticide qui interfère avec le contrôle du système nerveux central sur l’impulsion des muscles du vol des insectes. Or, encore aujourd’hui, ce neurotoxique est utilisé par certains apiculteurs qui refusent les produits de synthèse, afin de combattre le varroa... Un comble !

Et ce n’est pas tout. En 2009, Mehmet Buyukleyla a mis en évidence le fait que le thymol est génotoxique [13]. Il a traité des lymphocytes humains avec 25, 50, 75, et 100 micro-g/ml de thymol pendant des périodes de 24 et 48h. Ainsi, il a pu constater que le thymol augmente de manière significative les échanges entre chromatides-sœurs, qu’il induit des aberrations chromosomiques et aug- mente la fréquence des micronoyaux à toutes les concentrations. C’est pourquoi une évaluation des risques pour l’homme s’impose. En attendant d’en savoir davantage, les huiles essentielles à base de thymol devraient être interdites dans les ruches, non seulement pour ne pas accélérer le dépérissement chronique des abeilles, mais aussi pour ne pas contaminer le miel.

[1Rotenone, Deguelin, Their Metabolites, and the Rat Model of Parkinson’s Disease, Caboni et al., Chem. Res. Toxicol., 2004.

[2The rotenone model of parkinsonism-the five years inspection, Hoglinger et al., J. Neural Transm. Suppl., 2006.

[3ATP-sensitive potassium channels in dopaminergic neurons : transducers of mitochondrial dysfunction, Liss et al., News Physiol. Science, 2001.

[4Toxicity in Rotenone Models of Parkinson’s Di- sease, Todd et al., The Journal of Neuroscience, 2003.

[5Rotenone, paraquat and Parkinson’s disease, Tanner et al., Environ. Health Perspect., 2011.

[6Localization of octopaminergic neurones in in- sects, Stevenson et al., Comp. Biochem. Physiol. A. Physiol., 1995.

[7Indoxacarb, an oxadiazine insecticide, blocks insect neuronal sodium channels, Lapied et al., Br. J. Pharmacol., 2001.

[8Dimethyl disulfide exerts insecticidal neurotoxicity through mitochondrial dysfunction and activation of insect K (ATP) channels, Dugravot et al., J. Neuro- physiol., 2003.

[9Étude des effets d’un composé soufré libéré par les Allium, le disulfure de diméthyle, sur les neurones d’insecte et sur l’activité électroencéphalographique de souris, Gautier, thèse de doctorat, spécialité : neurosciences, 2007.

[10NTP 3-month toxicity studies of estragole (CAS No. 140-67-0) administered by gavage to F344/N rats and B6C3F1 mice, Bristol et al., Toxic., 2011.

[11Comparative toxicity of eugenol and its quinone methide metabolite in cultured liver cells using kinetic fluorescence bioassays, Thompson et al., Toxicol. Appl. Pharmacol., 1998.

[12Effects of the essential oil constituent thymol and other neuroactive chemicals on flight motor activity and wing beat frequency in the blowfly Phaenicia sericata, Waliwitiya et al., Pest. Manag. Sci., 2010.

[13The effects of thymol on sister chromatid exchange, chromosome aberration and micronucleus in human lymphocytes, Buyukleyla et al., Ecotoxicol. Environ. Saf, 2009.

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