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51 ème congrès du Groupe Français de Recherches sur les Pesticides 31 mai-1 er juin 2023, Paris

Chaque année, entre 55000 et 70000 tonnes de substances actives phytopharmaceutiques, incluant celles utilisables en agriculture biologique et de biocontrôle, sontvendues sur le territoire français métropolitain et d’outre-meret sont utilisées pour la protection des cultures ou l’entretien des jardins, espaces végétalisés et infrastructures (JEVI). Dans le même temps, le rapport sur l’évaluation mondiale de la biodiversité et des services écosystémiques établi en 2019 par la Plateforme intergouvernementale scientifique et politique sur la biodiversité et les services écosystémiques(IPBES) dresse le bilan alarmant d’une érosion sans précédent de la biodiversité. La pollution chimique générée par les activités humaines, incluant les produits phytopharmaceutiques (PPP), est identifiée parmi les causes de cette érosion. Cette pollution s’ajoute à d’autres pressions, comme les destructions d’habitats causées par l’urbanisation, l’intensification des pratiques agricoles et sylvicoles, et les conséquences duchangement climatique. Face à ce constat, la réglementation européenne en matière de mise sur le marché des PPP vise un degré élevé de protection, avec en particulier pour principe d’éviter tout effet inacceptable sur l’environnement. Toutefois, elle ne parvient pas complètement à atteindre cet objectif, en raison notamment d’une prise en compte insuffisante dela diversité des interactions telles qu’elles se produisent dans l’environnement (entre substances, entre organismes, avec une variété de facteurs physico-chimiques, etc.). C’est dans ce contexte que les ministres chargés de l’Environnement, de l’Agriculture et de la Recherche ont sollicité INRAE et l’Ifremer pour réaliser un état des lieux des connaissances scientifiques relatives aux impacts des PPP sur la biodiversité et les services écosystémiques. La précédente expertise scientifique collective (ESCo) portant sur Pesticides, agriculture et environnement avait été réalisée en 2005. Le présent exercice consiste à en actualiser les résultats, en les élargissant à l’ensemble du continuum terre-mer et en incluant les usages de PPP relevant des zones non agricoles (JEVI). A la différence de celle de 2005, cette ESCo est positionnée en aval de l’utilisation des PPP, pour traiter du devenir et des impacts de ces substances une fois introduites dans l’environnement. Elle ne traite pas des pratiques ou systèmes agricoles permettant de réduire les utilisations de PPP, ni des stratégies préventives de régulation des bioagresseurs. Ces thématiques font l’objet d’autres travaux en cours, notamment une autre ESCo conduite par INRAE sur la gestion des couverts végétaux pour la régulation naturelle des bioagresseurs dont les résultats sont attendus à l’automne 2022. Ces deux exercices s’inscrivent dans le cadre du Plan Ecophyto II+, en complément de l’expertise Pesticides et santé humaine publiée par l’Inserm en 2021. Le périmètre de la présente ESCo couvre les différents milieux (terrestre, atmosphérique, aquatiques continental et marin, à l’exception des eaux souterraines) dans leur continuité, du lieu d’application jusqu’à l’océan, en France métropolitaine et d’outre-mer, à partir de connaissances produites ou transposables dans ce type de contexte (climat, PPP utilisés, biodiversité présente, etc.). Il intègre tous lesproduits destinés à la protection des cultures ou à l’entretiendes JEVI, qu’il s’agisse de PPP conventionnels ou de produits ou agents de biocontrôle, dès lors qu’ils sont susceptibles de se retrouver dans l’environnement du fait d’une utilisation actuelle ou plus ancienne. Le cadre d’analyse mis en place considère la biodiversité dans ses dimensions structurelle etfonctionnelle, et il intègre la question des services écosystémiques. L’attention est ainsi plus particulièrement portée sur des travaux qui documentent la mise en évidence desrisques et des effets dans des conditions environnementales réalistes, et à des niveaux d’organisation biologique (ex. individu, population, communauté, écosystème) susceptibles de faciliter le lien à établir avec la biodiversité ainsi qu’avec les fonctions et services écosystémiques. (https://www.inrae.fr/sites/default/files/pdf/ExpertiseCollectivePestiEcotox_R%C3%A9sum%C3%A9.pdf)

Chaque année, entre 55 000 et 70 000 tonnes de substances actives phytopharmaceutiques, incluant celles utilisables en agriculture biologique et de biocontrôle, sont vendues sur le territoire français métropolitain et d’outre-mer et sont utilisées pour la protection des cultures ou l’entretien des jardins, espaces végétalisés et infrastructures (JEVI). Dans le même temps, le rapport sur l’évaluation mondiale de la biodiversité et des services écosystémiques établi en 2019 par la Plateforme intergouvernementale scientifique et politique sur la biodiversité et les services écosystémiques (IPBES) dresse le bilan alarmant d’une érosion sans précédent de la biodiversité. La pollution chimique générée par les activités humaines, incluant les produits phytopharmaceutiques (PPP), est identifiée parmi les causes de cette érosion. Cette pollution s’ajoute à d’autres pressions, comme les destructions d’habitats causées par l’urbanisation, l’intensification des pratiques agricoles et sylvicoles, et les conséquences du changement climatique. Face à ce constat, la réglementation européenne en matière de mise sur le marché des PPP vise un degré élevé de protection, avec en particulier pour principe d’éviter tout effet inacceptable sur l’environnement. Toutefois, elle ne parvient pas complètement à atteindre cet objectif, en raison notamment d’une prise en compte insuffisante de la diversité des interactions telles qu’elles se produisent dans l’environnement (entre substances, entre organismes, avec une variété de facteurs physico-chimiques, etc.).C’est dans ce contexte que les ministres chargés de l’Environnement, de l’Agriculture et de la Recherche ont sollicité INRAE et l’Ifremer pour réaliser un état des lieux des connaissances scientifiques relatives aux impacts des PPP sur la biodiversité et les services écosystémiques. La précédente expertise scientifique collective (ESCo) portant sur Pesticides, agriculture et environnement avait été réalisée en 2005. Leprésent exercice consiste à en actualiser les résultats, en les élargissant à l’ensemble du continuum terre-mer et en incluant les usages de PPP relevant des zones non agricoles (JEVI). A la différence de celle de 2005, cette ESCo est positionnée en aval de l’utilisation des PPP, pour traiter du devenir et des impacts de ces substances une fois introduites dans l’environnement. Elle ne traite pas des pratiques ou systèmes agricoles permettant de réduire les utilisations de PPP, ni des stratégies préventives de régulation des bioagresseurs. Ces thématiques font l’objet d’autres travaux en cours, notamment une autre ESCo conduite par INRAE sur la gestion des couverts végétaux pour la régulation naturelle des bioagresseurs dont les résultats sont attendus à l’automne 2022. Ces deux exercices s’inscrivent dans le cadre du Plan Ecophyto II+, en complément de l’expertise Pesticides et santé humaine publiée par l’Inserm en 2021.Le périmètre de la présente ESCo couvre les différents milieux (terrestre, atmosphérique, aquatiques continental et marin, à l’exception des eaux souterraines) dans leur continuité, du lieu d’application jusqu’à l’océan, en France métropolitaine et d’outre-mer, à partir de connaissances produites ou transposables dans ce type de contexte (climat, PPP utilisés, biodiversité présente, etc.). Il intègre tous les produits destinés à la protection des cultures ou à l’entretien des JEVI, qu’il s’agisse de PPP conventionnels ou de produits ou agents de biocontrôle, dès lors qu’ils sont susceptibles de se retrouver dans l’environnement du fait d’une utilisation actuelle ou plus ancienne. Le cadre d’analyse mis en place considère la biodiversité dans ses dimensions structurelle et fonctionnelle, et il intègre la question des services écosystémiques. L’attention est ainsi plus particulièrement portée sur des travaux qui documentent la mise en évidence des risques et des effets dans des conditions environnementales réalistes, et à des niveaux d’organisation biologique (ex. individu, population, communauté, écosystème) susceptibles de faciliter le lien à établir avec la biodiversité ainsi qu’avec les fonctions et services écosystémiques.

The development of biocontrol products proceeds mainly through the proposed protocols to study their activity and their environmental fate and impact.Currently, half-life (DT50) is used in order to evaluate the environmental fate of synthetic pesticides. However, DT50 approach gives only information about pesticides' persistence in the environment, but no indications concerning the formation of degradation products or its impact on biodiversity are provided. Furthermore, biocontrol products are complex (bio)chemical mixtures. The DT50 is not applicable for such complex products. Therefore, novel analytical approaches should be considered in order to overcome these difficulties.A novel approach based on meta-metabolomics and Mass Spectrometry; the “Environmental Metabolic Footprinting” (EMF), was recently introduced [1-3]. It affords a novel universal and integrative proxy; the “resilience time”, dedicated to assess the environmental fate and impact of complex (bio)pesticides in environmental matrices (e.g. soil, sediment). Nonetheless, the development of such Mass Spectrometry-based untargeted meta-metabolomics approach is a challenging task. Several obstacles and difficulties must be addressed, such as dealing with large multifactorial experimental designs and complex environmental samples containing a wide biochemical diversity.The current presentation will expose the methodological development of this novel proxy, by highlighting the setup of the sample preparation, the collection of chemical information by extractions, and the development of the LC-HRMS analytical methods. This exposure will allow presenting and discussing the different challenges facing the promotion of this novel strategy, and the critical approaches that are used in order to accomplish its development and rendering it reliable and highly confident before suggesting it as an alternative tool to the classical concepts that are currently used for regulations guidelines.[1]: Patil et al. 2016. Sci. Total Environ. 566–567:552–558[2]: Salvia et al. 2018. Environ. Sci. Pollut. Res. 25(30):29841–29847[3]: Ghosson 2020. Thesis. Université de Perpignan

Dans le cadre du Plan Ecophyto II+, qui organise les moyens mis en oeuvre par le gouvernement français pour réduire les usages de produits phytopharmaceutiques, différents travaux d'expertise scientifique sont conduits de manière complémentaire. L'Inserm a présenté en juin 2021 les résultats d'une expertise collective dont il avait été saisi sur les effets des produits phytopharmaceutiques sur la santé humaine, intitulée Pesticides et santé – Nouvelles données. La présente expertise scientifique collective (ESCo) est quant à elle centrée sur les impacts de ces produits sur la biodiversité et les services écosystémiques. Une autre ESCo restituée à l'automne 2022 porte sur la gestion des couverts végétaux pour réguler les bioagresseurs des cultures. Les ESCo ont pour objet d'établir un état des lieux et une analyse critique des connaissances scientifiques disponibles au niveau mondial sur des sujets aux dimensions multiples. Cette analyse est réalisée par un collège pluridisciplinaire d'experts scientifiques appartenant à des organismes publics de recherche ou d'enseignement supérieur. Commandée en mars 2020 par le ministère de la Transition Ecologique, le ministère de l'Agriculture et de l'Alimentation et le ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche, la présente expertise a été confiée à INRAE et à l'Ifremer. Elle actualise et complète les travaux antérieurs qui avaient été restitués en 2005 sur Pesticides, agriculture et environnement, et en 2008 sur Agriculture et biodiversité. Les résultats sont publiés sur les sites internet d'INRAE et de l'Ifremer sous trois formats de documents disponibles en ligne. Le présent rapport comporte un rappel des éléments de contexte de l'expertise, la description de la méthode mise en oeuvre et de l'ensemble de la bibliographie qui intègre plus de 4 000 références, les éléments de cadrage scientifique de l'ESCo, l'ensemble des analyses produites par les experts, ainsi que les conclusions générales qui en découlent. La synthèse rassemble les principaux constats établis dans le rapport d'ESCo, sans mobiliser l'intégralité du corpus bibliographique utilisé. Le résumé présente succinctement les principaux enseignements tirés de ces travaux. En outre, les résultats ont fait l'objet, le 5 mai 2022, d'un colloque public de restitution, dont les captations vidéos sont également disponibles en ligne.

Untargeted metabolomics is an analytical chemistry approach dedicated for the analysis of small biomolecules called “metabolites”. One of its strengths is the ability of covering wide ranges of metabolic information in biological systems. However, exhaustive coverage of information is challenging from a chemical-analytical point of view. In fact, the widely different physical-chemical properties of molecules (e.g. polarity, acidity/basicity) make the study of various types of metabolites complicated. It demands critical methodological optimizations. Nevertheless, for untargeted approaches, “optimal conditions” are also hard to be defined and judged.The current work is focusing on the crucial step of meta-metabolome extraction. It seeks to develop an “exhaustive” extraction protocol able to extract different types of metabolites by covering a wide range of polarity. This is in the framework of developing the “Environmental Metabolic Footprinting” untargeted metabolomics-based approach [1-3], aiming to assess the environmental fate and impact of complex (bio)pesticides application on soil. Indeed, optimizing a method able to analyze diverse kind of metabolites can assure a wide range of information needed to assess the fate of the pesticide (xenometabolites) and its impact on soil’s biodiversity (endometabolites).Toward this objective, 5 extraction protocols based on solvents and mixtures with different polarities were developed and applied on 2 different types of soils, with 3 different environmental conditions (control, spiked with a synthetic pesticide, spiked with a natural pesticide). So far, 150 samples were extracted and analyzed with a broadband LC-HRMS method that was set-up for the purpose. The collected data were then handled and analyzed with various types of multivariate statistical analyses that were optimized in order to assess the “optimal” protocol, based on 4 main criteria, respectively: 1) the ability to widen the band of the extracted metabolites (qualitative), 2) the higher extraction yield (quantitative), 3) the repeatability of the extraction, and 4) the reliability in discriminating between spiked and control groups (the main aim of the EMF).The study showed that widening the polarity range for the extraction protocol, using a mix of solvents with different properties was applicable and demonstrated a significant ability in extracting a wide range of metabolites originating from both pesticide residues and soil endometabolome. It also showed comparable quantitative results and better repeatability comparing to other classical protocols. In addition, the study suggests multivariate analyses as a suitable tool not only for data processing for biological studies, but also for developing analytical methods and protocols, as it can give holistic explanations describing the large acquired datasets. Hence, in other words, untargeted metabolomics were used in order to improve the analytical method dedicated for an untargeted meta-metabolomics approach.[1]: Patil et al. 2016. Sci. Total Environ. 566–567:552–558[2]: Salvia et al. 2018. Environ. Sci. Pollut. Res. 25(30):29841–29847[3]: Ghosson 2020. Thesis. Université de Perpignan

Chaque année, entre 55000 et 70000 tonnes de substances actives phytopharmaceutiques, incluant celles utilisables en agriculture biologique et de biocontrôle, sont vendues sur le territoire français métropolitain et d'outre-mer et sont utilisées pour la protection des cultures ou l'entretien des jardins, espaces végétalisés et infrastructures (JEVI). Dans le même temps, le rapport sur l'évaluation mondiale de la biodiversité et des services écosystémiques établi en 2019 par la Plateforme intergouvernementale scientifique et politique sur la biodiversité et les services écosystémiques (IPBES) dresse le bilan alarmant d'une érosion sans précédent de la biodiversité. La pollution chimique générée par les activités humaines, incluant les produits phytopharmaceutiques (PPP), est identifiée parmi les causes de cette érosion. Cette pollution s'ajoute à d'autres pressions, comme les destructions d'habitats causées par l'urbanisation, l'intensification des pratiques agricoles et sylvicoles, et les conséquences du changement climatique. Face à ce constat, la réglementation européenne en matière de mise sur le marché des PPP vise un degré élevé de protection, avec en particulier pour principe d'éviter tout effet inacceptable sur l'environnement. Toutefois, elle ne parvient pas complètement à atteindre cet objectif, en raison notamment d'une prise en compte insuffisante de la diversité des interactions telles qu'elles se produisent dans l'environnement (entre substances, entre organismes, avec une variété de facteurs physico-chimiques, etc.). C'est dans ce contexte que les ministres chargés de l'Environnement, de l'Agriculture et de la Recherche ont sollicité INRAE et l'Ifremer pour réaliser un état des lieux des connaissances scientifiques relatives aux impacts des PPP sur la biodiversité et les services écosystémiques. La précédente expertise scientifique collective (ESCo) portant sur Pesticides, agriculture et environnement avait été réalisée en 2005. Le présent exercice consiste à en actualiser les résultats, en les élargissant à l'ensemble du continuum terre-mer et en incluant les usages de PPP relevant des zones non agricoles (JEVI). A la différence de celle de 2005, cette ESCo est positionnée en aval de l'utilisation des PPP, pour traiter du devenir et des impacts de ces substances une fois introduites dans l'environnement. Elle ne traite pas des pratiques ou systèmes agricoles permettant de réduire les utilisations de PPP, ni des stratégies préventives de régulation des bioagresseurs. Ces thématiques font l'objet d'autres travaux en cours, notamment une autre ESCo conduite par INRAE sur la gestion des couverts végétaux pour la régulation naturelle des bioagresseurs dont les résultats sont attendus à l'automne 2022. Ces deux exercices s'inscrivent dans le cadre du Plan Ecophyto II+, en complément de l'expertise Pesticides et santé humaine publiée par l'Inserm en 2021. Le périmètre de la présente ESCo couvre les différents milieux (terrestre, atmosphérique, aquatiques continental et marin, à l'exception des eaux souterraines) dans leur continuité, du lieu d'application jusqu'à l'océan, en France métropolitaine et d'outre-mer, à partir de connaissances produites ou transposables dans ce type de contexte (climat, PPP utilisés, biodiversité présente, etc.). Il intègre tous les produits destinés à la protection des cultures ou à l'entretien des JEVI, qu'il s'agisse de PPP conventionnels ou de produits ou agents de biocontrôle, dès lors qu'ils sont susceptibles de se retrouver dans l'environnement du fait d'une utilisation actuelle ou plus ancienne. Le cadre d'analyse mis en place considère la biodiversité dans ses dimensions structurelle et fonctionnelle, et il intègre la question des services écosystémiques. L'attention est ainsi plus particulièrement portée sur des travaux qui documentent la mise en évidence des risques et des effets dans des conditions environnementales réalistes, et à des niveaux d'organisation biologique (ex. individu, population, communauté, écosystème) susceptibles de faciliter le lien à établir avec la biodiversité ainsi qu'avec les fonctions et services écosystémiques. (https://www.inrae.fr/sites/default/files/pdf/ExpertiseCollectivePestiEcotox_R%C3%A9sum%C3%A9.pdf)

The wide scope of our study is the set-up of a novel strategy called “Environmental Metabolic Footprinting” [1,2]. It aims to assess the environmental fate and impact of biocontrol products in soil, sediment and plants by tracking the evolution of their meta-metabolic profiles through the time. Thus, a broadband extraction covering a wide range of metabolites is required to allow for the best screening of those profiles.Hence, 5 extraction protocols (including 2 novel in-house-developed protocols) were tested on 3 environmental conditions (all applied on 2 soils of different types): control, spiked with the Glyphosate pesticide, spiked with Pelargonic acid formulation as a biocontrol product. However, determining the “optimal” extraction is not an easy task, as the experimental design is large, multi-factorial and complex (150 samples containing both soil biomolecules and pesticides components). Hence, an innovative LC-MS/HRMS-based untargeted approach was designed in order to evaluate the optimal protocol by using metabolomics computational tools (e.g. XCMS algorithm, OPLS-DA, Euclidean Distances, Heatmaps, van Krevelen, among others). Those tools provided easily-interpretable plots, comprehensive quantitative indices and chemical information based on ~500 metabolite annotations. They were used to assess 4 criteria defining the “optimal” conditions: 1) the ability of the extraction to cover a wide range of metabolites (qualitative), 2) its yield (quantitative), 3) its repeatability, and 4) its ability to allow for the discrimination between spiked and control samples.Therefore, the current presentation will introduce this innovative LC-MS/HRMS untargeted metabolomics-based approach as a powerful tool for methods development and will explain its different functions (“how it works”). The results of the large experiment mentioned above will be also highlighted. They allow promoting a novel broadband extraction (in-house-developed; based on solvent mixtures) as an optimal protocol for analyzing biocontrol products in soil samples.[1]: Patil et al. 2016. doi:10.1016/j.scitotenv.2016.05.071[2]: Salvia et al. 2018. doi:10.1007/s11356-017-9600-6

International audience; Chaque année, entre 55 000 et 70 000 tonnes de substances actives phytopharmaceutiques, incluant celles utilisables en agriculture biologique et de biocontrôle, sont vendues sur le territoire français métropolitain et d’outre-mer et sont utilisées pour la protection des cultures ou l’entretien des jardins, espaces végétalisés et infrastructures (JEVI). Dans le même temps, le rapport sur l’évaluation mondiale de la biodiversité et des services écosystémiques établi en 2019 par la Plateforme intergouvernementale scientifique et politique sur la biodiversité et les services écosystémiques (IPBES) dresse le bilan alarmant d’une érosion sans précédent de la biodiversité. La pollution chimique générée par les activités humaines, incluant les produits phytopharmaceutiques (PPP), est identifiée parmi les causes de cette érosion. Cette pollution s’ajoute à d’autres pressions, comme les destructions d’habitats causées par l’urbanisation, l’intensification des pratiques agricoles et sylvicoles, et les conséquences du changement climatique. Face à ce constat, la réglementation européenne en matière de mise sur le marché des PPP vise un degré élevé de protection, avec en particulier pour principe d’éviter tout effet inacceptable sur l’environnement. Toutefois, elle ne parvient pas complètement à atteindre cet objectif, en raison notamment d’une prise en compte insuffisante de la diversité des interactions telles qu’elles se produisent dans l’environnement (entre substances, entre organismes, avec une variété de facteurs physico-chimiques, etc.).C’est dans ce contexte que les ministres chargés de l’Environnement, de l’Agriculture et de la Recherche ont sollicité INRAE et l’Ifremer pour réaliser un état des lieux des connaissances scientifiques relatives aux impacts des PPP sur la biodiversité et les services écosystémiques. La précédente expertise scientifique collective (ESCo) portant sur Pesticides, agriculture et environnement avait été réalisée en 2005. Leprésent exercice consiste à en actualiser les résultats, en les élargissant à l’ensemble du continuum terre-mer et en incluant les usages de PPP relevant des zones non agricoles (JEVI). A la différence de celle de 2005, cette ESCo est positionnée en aval de l’utilisation des PPP, pour traiter du devenir et des impacts de ces substances une fois introduites dans l’environnement. Elle ne traite pas des pratiques ou systèmes agricoles permettant de réduire les utilisations de PPP, ni des stratégies préventives de régulation des bioagresseurs. Ces thématiques font l’objet d’autres travaux en cours, notamment une autre ESCo conduite par INRAE sur la gestion des couverts végétaux pour la régulation naturelle des bioagresseurs dont les résultats sont attendus à l’automne 2022. Ces deux exercices s’inscrivent dans le cadre du Plan Ecophyto II+, en complément de l’expertise Pesticides et santé humaine publiée par l’Inserm en 2021.Le périmètre de la présente ESCo couvre les différents milieux (terrestre, atmosphérique, aquatiques continental et marin, à l’exception des eaux souterraines) dans leur continuité, du lieu d’application jusqu’à l’océan, en France métropolitaine et d’outre-mer, à partir de connaissances produites ou transposables dans ce type de contexte (climat, PPP utilisés, biodiversité présente, etc.). Il intègre tous les produits destinés à la protection des cultures ou à l’entretien des JEVI, qu’il s’agisse de PPP conventionnels ou de produits ou agents de biocontrôle, dès lors qu’ils sont susceptibles de se retrouver dans l’environnement du fait d’une utilisation actuelle ou plus ancienne. Le cadre d’analyse mis en place considère la biodiversité dans ses dimensions structurelle et fonctionnelle, et il intègre la question des services écosystémiques. L’attention est ainsi plus particulièrement portée sur des travaux qui documentent la mise en évidence des risques et des effets dans des conditions environnementales réalistes, et à des niveaux d’organisation biologique (ex. individu, population, communauté, écosystème) susceptibles de faciliter le lien à établir avec la biodiversité ainsi qu’avec les fonctions et services écosystémiques.; Impacts des produits phytopharmaceutiques sur la biodiversité et les services écosystémiques Synthèse de l'expertise scientifique collective-Mai 2022 Direction de l'expertise scientifique collective, de la prospective et des études (DEPE)

Summary:Plots shown below belong to the results of the Multivariate Empirical Bayes Analysis of Variance (MEBA). These analyses were applied on the automatically preprocessed GC-MS data. The plots were performed using the R-based MetaboAnalyst platform.It should be noted that the time scale in those plots is not reliable (i.e. each time point is considered as a factor, and the points are separated with the same distance). In addition, in certain of those MEBA plots, the kinetics profiles are not identical to the profiles that were obtained after performing the manual integrations of peaks. This difference can be explained by the recurrent data integration errors that can take place when the automated preprocessing is being performed, and demonstrates the importance of the manual crosscheck of raw GC-MS data.; The current document represents data related to the work cited below:Ghosson, H. Development of a novel universal proxy to assess the environmental fate and impact of complex (bio)pesticides by Mass Spectrometry-based Metabolomics, Thèse de Doctorat, Université de Perpignan Via Domitia, 2020. https://www.theses.fr/2020PERP0029Abstract:This work introduces a novel online Headspace-Solid Phase Microextraction-Gas Chromatography-Mass Spectrometry-based untargeted metabolomics approach, suggested as an alternative tool to study the environmental fate of volatile xenometabolites in emerging complex biopesticides, e.g. the Myrica gale methanolic extract herbicide containing several unknown metabolites. A “living” microcosm sample was designed for non-destructive analysis by a 35-min HS-SPME automated extraction and a 36-min GC-MS run. A 38-day kinetics study was then applied on two groups of soil samples: control and spiked. Statistical tools were used for the comparative kinetics study. The Principal Component Analysis revealed and explained the evolution and the dissipation of the herbicide volatile xenometabolome over time. The time-series Heatmap and Multivariate Empirical Bayes Analysis of Variance allowed the prioritization of 101 relevant compounds including 22 degradation by-products. Out of them, 96 xenometabolites were putatively identified. They included 63 compounds that are identified as herbicide components for the first time. The Orthogonal Projections to Latent Structures Discriminant Analysis and its Cross-Validation test were used to assess the total dissipation of the herbicide volatile residues and method detection limit. The reproducibility of the method was also assessed. The highest inter-samples (n = 3) Peak Area RSD was 7.75 %. The highest inter-samples (n = 3) and inter-days (n = 8) Retention Time SD were 0.43 sec and 3.44 sec, respectively. The work presents a green, non-laborious and high-throughput approach. It required a small number of environmental samples (6 microcosms) that were analyzed 8 times and were not destroyed during the study.

International audience; Untargeted metabolomics is an analytical chemistry approach dedicated for the analysis of small biomolecules called “metabolites”. One of its strengths is the ability of covering wide ranges of metabolic information in biological systems. However, exhaustive coverage of information is challenging from a chemical-analytical point of view. In fact, the widely different physical-chemical properties of molecules (e.g. polarity, acidity/basicity) make the study of various types of metabolites complicated. It demands critical methodological optimizations. Nevertheless, for untargeted approaches, “optimal conditions” are also hard to be defined and judged.The current work is focusing on the crucial step of meta-metabolome extraction. It seeks to develop an “exhaustive” extraction protocol able to extract different types of metabolites by covering a wide range of polarity. This is in the framework of developing the “Environmental Metabolic Footprinting” untargeted metabolomics-based approach [1,2], aiming to assess the environmental fate and impact of complex (bio)pesticides application on soil. Indeed, optimizing a method able to analyze diverse kind of metabolites can assure a wide range of information needed to assess the fate of the pesticide (xenometabolites) and its impact on soil’s biodiversity (endometabolites).In this objective, 5 extraction protocols based on solvents and mixtures with different polarities were developed and applied on 2 different types of soils, with 3 different environmental conditions (control, spiked with a synthetic pesticide, spiked with a natural pesticide). So far, 150 samples were extracted and analyzed with a broadband LC-HRMS method that was set-up for the purpose. The collected data were then handled and analyzed with various types of multivariate statistical analyses that were optimized in order to assess the “optimal” protocol, based on 4 main criteria, respectively: 1) the ability to widen the band of the extracted metabolites (qualitative), 2) the higher extraction yield (quantitative), 3) the repeatability of the extraction, and 4) the reliability in discrimination between spiked and control groups (EMF objective).The study showed that widening the polarity range for the extraction protocol, using miscible solvents with different properties was applicable and resulted for a significant ability in extracting a wide range of metabolites originating from both pesticide residues and soil endometabolome. It also showed comparable quantitative results and better repeatability comparing to other classical protocols. In addition, the study suggests multivariate analyses as suitable tool not only for data processing for biological studies, but also for developing analytical methods and protocols, as it can give holistic explanations about the large datasets acquired. Hence, in other words, untargeted metabolomics were used in order to improve the analytical method dedicated for an untargeted meta-metabolomics approach.[1]: Patil et al. 2016. Sci. Total Environ. 566–567:552–558.[2]: Salvia et al. 2018. Environ. Sci. Pollut. Res. 25(30):29841–29847.

International audience; IntroductionElectrospray Ionization is one of the most utilized ionization techniques for LC-MS-based metabolomics [1]. However, it presents several drawbacks, e.g. the ion suppression phenomenon, causing ion intensity decrease [2]. The occurrence of the phenomenon is higher if the sample is more complex. Thus, studying samples with different complexities may lead to consider some non-significant molecular features as markers of discrimination. This is due to ion suppression in samples with higher complexity.Material and MethodsThe issue is reported in an environmental context [3,4]. The study is performed on control non-spiked sediment samples and sediments spiked with a complex biopesticide; Bacillus thuringiensis israelensis. Meta-metabolome (endometabolome + xenometabolome) is extracted with QuEChERS method, then analyzed by LC-QToF in order to perform untargeted metabolic profiling, to discover the biomarkers of exposure. This to understand the pesticide impact on spiked sediments compared to control sediments.Results and DiscussionResults revealed several markers with lower intensity in the spiked group. They were co-eluting with multi-charged xenometabolites. Hence, these markers are either less concentrated due to a biological impact, or suppressed by the co-eluted molecules. Thus, to discriminate between biomarkers and suppressed ions, samples are diluted and analyzed. In fact, as dilution decreases the ion suppression, suppressed features are no more significantly discriminant between the two groups of samples.References[1] Bedair et al. 2008. Trends Anal. Chem. 27(3):238–250[2] Antignac et al. 2005. Anal. Chim. Acta. 529(1–2):129–136[3] Patil et al. 2016. Sci. Total Environ. 566–567:552–558[4] Salvia et al. 2018. Environ. Sci. Pollut. Res. 25(30):29841–29847