Roténone

La roténone est une isoflavone cristalline inodore et incolore . Elle est naturellement présente dans les graines et les tiges de plusieurs plantes, comme la vigne de jicama , et dans les racines de plusieurs autres membres de la famille des Fabacées . C'est le premier membre décrit de la famille des composés chimiques connus sous le nom de roténoïdes . La roténone est approuvée pour une utilisation comme piscicide pour éliminer les espèces de poissons exotiques , voir Utilisations. Elle a également été utilisée comme insecticide à large spectre , mais son utilisation comme insecticide a été interdite dans de nombreux pays.

La première trace écrite de plantes contenant de la roténone, aujourd'hui connues, utilisées pour tuer les chenilles mangeuses de feuilles , date de 1848 ; pendant des siècles, ces mêmes plantes avaient été utilisées pour empoisonner les poissons . Le composant chimique actif a été isolé pour la première fois en 1895 par un botaniste français, Emmanuel Geoffroy , qui l'a appelé nicouline , à partir d'un spécimen de Robinia nicou , aujourd'hui appelé Deguelia utilis , lors d'un voyage en Guyane française . Il a écrit sur cette recherche dans sa thèse, publiée en 1895 après sa mort d'une maladie parasitaire . En 1902, Kazuo Nagai, ingénieur chimiste japonais du gouvernement général de Taiwan , a isolé un composé cristallin pur de Derris elliptica qu'il a appelé roténone, d'après le nom taïwanais de la plante 蘆藤 ( chinois minnan : lôo-tîn ) traduit en japonais rōten (ローテン) . En 1930, il a été établi que la nicouline et la roténone étaient chimiquement identiques.

Lorsqu'elle est absorbée par les branchies, la roténone perturbe la respiration cellulaire des poissons et peut entraîner leur mort, selon la concentration utilisée. De ce fait, elle est devenue un outil essentiel dans la gestion des écosystèmes affectés par des espèces de poissons envahissantes ou indésirables et, en 2024, il n'existe aucune option viable pouvant remplacer sa valeur polyvalente dans les actions d'élimination des poissons.

Sa valeur dans la restauration des écosystèmes est appréciée en raison de sa dégradation rapide, lorsqu'elle est exposée à la lumière et à des températures chaudes, ce qui en fait une mesure temporaire avec des effets environnementaux à long terme minimes, voir Roténone et impact sur les écosystèmes .

La roténone est utilisée comme piscicide non sélectif (tueur de poissons). La roténone a toujours été utilisée par les peuples autochtones pour attraper des poissons. En général, les plantes contenant de la roténone de la famille des légumineuses , Fabaceae , sont écrasées et introduites dans un plan d'eau, et comme la roténone interfère avec la respiration cellulaire , les poissons affectés remontent à la surface pour tenter d'avaler de l'air, où ils sont plus facilement capturés.

Français De nos jours, il est fréquemment utilisé comme outil pour éliminer les espèces de poissons exotiques , car il a une demi-vie relativement courte (jours) et disparaît des rivières en quelques jours et des lacs en quelques mois, en fonction de l'agitation (saisonnière), de la teneur en matières organiques , de la disponibilité de la lumière du soleil et de la température. La roténone est utilisée par les agences gouvernementales pour tuer les poissons dans les rivières et les lacs aux États-Unis depuis 1952, et au Canada et en Norvège depuis les années 1980. Il est moins fréquemment utilisé dans les pays de l'UE, en raison de réglementations strictes, mais a été utilisé dans certains pays sélectionnés tels que le Royaume-Uni ( goujon à bouche supérieure ), la Suède ( brochet et squash ), l'Espagne ( goujon à bouche supérieure , Gambusie ) et la Hongrie ( carpe prussienne ).

La roténone a également été utilisée dans d'autres études sur le terrain en milieu marin, ne nécessitant que de petites quantités. L'échantillonnage à petite échelle avec de la roténone est utilisé par les chercheurs sur les poissons qui étudient la biodiversité des poissons marins pour collecter des poissons cryptiques ou cachés, qui représentent une composante importante des communautés de poissons du littoral, car elle n'a que des effets secondaires environnementaux mineurs, locaux et transitoires.

La roténone affecte principalement les organismes branchiaux tels que les poissons et les invertébrés aquatiques. Les animaux terrestres tels que les oiseaux, les mammifères et les amphibiens (à l'exception des têtards/larves) sont beaucoup moins affectés par la roténone. Lorsqu'elle est appliquée dans des systèmes d'eau douce, la dose de traitement tue le poisson ciblé et généralement d'autres espèces branchiales comme les têtards et le zooplancton sont affectées, selon le dosage. Cependant, le calendrier des traitements à l'automne ou en hiver, lorsque de nombreuses espèces sont moins actives, peut réduire ces impacts. Certains taxons peuvent également se rétablir grâce à des cycles de vie naturels, comme les œufs au repos. Son utilisation est plus bénigne pour l'environnement (par rapport à l'assèchement des étangs ou à l'utilisation d'autres piscicides), et des études montrent que la plupart des écosystèmes se rétablissent naturellement dans un délai d'un ou deux ans après l'application de la roténone, les invertébrés aquatiques repeuplant les zones affectées, rétablissant ainsi la biodiversité locale initiale à son état d'avant l'introduction des espèces envahissantes.

La roténone se décompose par métabolites et son produit final est réduit en eau et en dioxyde de carbone . Elle s'oxyde en roténolone, qui est environ un ordre de grandeur moins toxique que la roténone. Dans l'eau, la vitesse de décomposition dépend de plusieurs facteurs, notamment la température, le pH, la dureté de l'eau et la lumière du soleil. La demi-vie dans les eaux naturelles varie d'une demi-journée à 24 °C à 3,5 jours à 0 °C.

Les autorités norvégiennes utilisent la roténone depuis le milieu des années 1980 pour éradiquer la douve du saumon Gyrodactylus salaris et , en 2024, 48 des 54 bassins versants touchés ont été traités. En outre, de nombreux lacs et étangs ont été traités à la roténone dans le but d'éliminer les espèces envahissantes nationales ou régionales, telles que le grand brochet , le gardon , le vairon , la carassin , la tanche et la perche .

En 1992, les responsables de la Florida Fish and Wildlife Conservation Commission (FWC) ont utilisé de la roténone pour éradiquer une population établie de cichlidés jaguars invasifs d'un petit étang du comté de Miami-Dade . Les autorités ont réussi à tuer tous les cichlidés jaguars (ainsi que tous les autres poissons) de l'étang, mais n'ont pas réussi à les éradiquer de Floride ; les cichlidés s'étaient déjà répandus dans tout le canal de Miami et ses voies navigables connectées , et en 1994, les cichlidés jaguars s'étaient établis avec succès dans tout le sud et le centre de la Floride .

En septembre 2010, les responsables du Département de la pêche et de la faune de l'Oregon ont utilisé de la roténone pour tuer une population établie de poissons rouges invasifs présents dans le lac Mann , dans l'est de l'Oregon, dans le but de ne pas perturber la population de truites fardées Lahontan indigènes du lac . La roténone a atteint ces objectifs avec succès, tuant entre 179 000 et 197 000 poissons rouges et têtes-de-boule , et seulement trois truites.

Le 1er mai 2006, le lac Panguitch , un réservoir situé dans la partie sud-est de l'État américain de l'Utah, a été traité à la roténone, afin d'éradiquer et de contrôler potentiellement la population invasive de chevesnes de l'Utah , qui ont probablement été introduits accidentellement par des pêcheurs qui les utilisaient comme appâts vivants . Le lac a été réapprovisionné avec 20 000 truites arc-en-ciel en 2006 ; en 2016, la population de poissons du lac s'est rétablie.

En 2012, la roténone a été utilisée pour tuer tous les poissons restants dans le lac Stormy (Alaska) en raison du brochet invasif qui détruisait les espèces indigènes, qui ont été réintroduites une fois le traitement terminé.

En 2014, la roténone a été utilisée pour tuer tous les poissons restants du lac Mountain de San Francisco, situé dans le parc Mountain Lake , afin de le débarrasser des espèces envahissantes introduites depuis la migration des colons européens dans la région.

La roténone est utilisée dans la recherche biomédicale pour étudier le taux de consommation d'oxygène des cellules, généralement en association avec l'antimycine A (un inhibiteur du complexe III de la chaîne de transport d'électrons ), l'oligomycine (un inhibiteur de l'ATP synthase) et le FCCP (un découpleur mitochondrial ).

La roténone a été commercialisée sous les noms de cubé , tuba ou derris , en préparation unique ou en association synergique avec d'autres insecticides. Elle présente une toxicité aiguë élevée pour les mammifères, et toutes les utilisations insecticides ont été interdites aux États-Unis et au Canada, dans l'UE, au Royaume-Uni, et en Suisse.

La roténone était utilisée sous forme de poudre pour traiter la gale et les poux de tête chez les humains, ainsi que les acariens parasites chez les poulets , le bétail et les animaux de compagnie .

En agriculture, son action était non sélective et il tuait les doryphores , les chrysomèles du concombre , les altises , les vers du chou , les chrysomèles du framboisier et les chrysomèles de l'asperge , ainsi que la plupart des autres arthropodes. Il se biodégrade rapidement dans le sol, avec une dégradation de 90 % après 1 à 3 mois à 20 °C (68 °F) et trois fois plus rapide à 30 °C (86 °F). Le composé se décompose lorsqu'il est exposé à la lumière du soleil et a généralement une activité de six jours dans l'environnement.

La roténone peut être désactivée dans l’eau à l’aide de permanganate de potassium pour réduire la toxicité à des niveaux acceptables.

La roténone agit en interférant avec la chaîne de transport d'électrons au sein du complexe I dans les mitochondries , ce qui la place dans la classe IRAC MoA 21 (par elle-même dans 21B). Elle inhibe le transfert d'électrons des centres fer-soufre du complexe I vers l'ubiquinone . Cela interfère avec le NADH lors de la création d'énergie cellulaire utilisable ( ATP ). Le complexe I est incapable de transmettre son électron à la CoQ , créant ainsi une réserve d'électrons dans la matrice mitochondriale. L'oxygène cellulaire est réduit en radical, créant des espèces réactives de l'oxygène , qui peuvent endommager l'ADN et d'autres composants des mitochondries.

La roténone inhibe également l’assemblage des microtubules .

La roténone est produite par extraction à partir des racines et des tiges de plusieurs espèces de plantes tropicales et subtropicales, en particulier celles appartenant aux genres Lonchocarpus et Derris .

Quelques plantes contenant de la roténone :

• Gesse des champs ou rue des chèvres ( Tephrosia virginiana ) – Amérique du Nord
• Jicama ( Pachyrhizus erosus ) – Amérique du Nord
• Plante Cube ou lancepode ( Lonchocarpus utilis ) – Amérique du Sud
  • L'extrait de racine est appelé résine cubique
• Barbasco ( Lonchocarpus urucu ) – Amérique du Sud
  • L'extrait de racine est appelé résine cubique
• Plante de tuba ( Derris elliptica ) – Asie du Sud-Est et îles du Pacifique sud-ouest
  • L'extrait de racine est appelé derris ou racine de derris.
• Derris involuta ( Vigne à bijoux ) – Asie du Sud-Est et îles du Pacifique Sud-Ouest
  • L'extrait de racine est appelé derris ou racine de derris.
• Molène commune ( Verbascum thapsus L.)
• Liège à liège ( Mundulea sericea ) – Afrique australe
• Piscidia piscipula (arbre à poison de Floride ) – sud de la Floride, Caraïbes
• Plusieurs espèces de Millettia et de Tephrosia dans les régions d'Asie du Sud-Est

La roténone est classée par l' Organisation mondiale de la santé comme étant modérément dangereuse. Elle est légèrement toxique pour les humains et les autres mammifères , mais extrêmement toxique pour les insectes et la vie aquatique, y compris les poissons. Cette toxicité plus élevée chez les poissons et les insectes est due au fait que la roténone lipophile est facilement absorbée par les branchies ou la trachée , mais pas aussi facilement par la peau ou le tractus gastro-intestinal . La roténone est toxique pour les érythrocytes in vitro .

La dose mortelle la plus faible pour un enfant n'est pas connue, mais un enfant de 3,5 ans est décédé après avoir ingéré une solution de roténone à 40 mg/kg. Les décès humains dus à un empoisonnement à la roténone sont rares, car son action irritante provoque des vomissements. L'ingestion délibérée de roténone peut être mortelle.

Une étude de 2018, qui a examiné les effets de l'administration de roténone sur des cultures cellulaires imitant les propriétés du cerveau en développement, a révélé que la roténone pourrait être un neurotoxique pour le développement ; c'est-à-dire que l'exposition à la roténone chez le fœtus en développement peut entraver le bon développement du cerveau humain, avec des conséquences potentiellement profondes plus tard dans la vie. L'étude a révélé que la roténone était particulièrement dommageable pour les neurones dopaminergiques , ce qui concorde avec les conclusions antérieures.

En 2000, il a été signalé que l'injection de roténone à des rats provoquait le développement de symptômes similaires à ceux de la maladie de Parkinson (MP). La roténone a été appliquée en continu sur une période de cinq semaines, mélangée à du DMSO et du PEG pour améliorer la pénétration tissulaire, et injectée dans la veine jugulaire . L'étude ne suggère pas directement que l'exposition à la roténone soit responsable de la MP chez l'homme, mais est cohérente avec la croyance selon laquelle l'exposition chronique aux toxines environnementales augmente la probabilité de la maladie. En 2011, une étude des National Institutes of Health des États-Unis a montré un lien entre l'utilisation de roténone et la maladie de Parkinson chez les ouvriers agricoles, suggérant un lien entre les lésions nerveuses et l'absorption pulmonaire en ne portant pas d'équipement de protection . L'exposition au produit chimique sur le terrain peut être évitée en portant un masque à gaz avec filtre, ce qui est la procédure HSE standard dans l'application moderne du produit chimique.

Des études sur des cultures primaires de neurones et de microglie de rat ont montré que de faibles doses de roténone (moins de 10 nM) induisent des dommages oxydatifs et la mort des neurones dopaminergiques , et que ce sont ces neurones de la substance noire qui meurent dans la maladie de Parkinson. Une autre étude a également décrit l'action toxique de la roténone à de faibles concentrations (5 nM) dans les neurones dopaminergiques provenant de tranches aiguës de cerveau de rat. Cette toxicité a été exacerbée par un facteur de stress cellulaire supplémentaire – une concentration élevée de calcium intracellulaire – ce qui renforce l'hypothèse de la mort des neurones dopaminergiques à « coups multiples ».

La neurotoxine MPTP était connue depuis longtemps pour provoquer des symptômes semblables à ceux de la maladie de Parkinson (chez les humains et d'autres primates, mais pas chez les rats) en interférant avec le complexe I de la chaîne de transport d'électrons et en tuant les neurones dopaminergiques de la substance noire . D'autres études impliquant le MPTP n'ont pas réussi à montrer le développement de corps de Lewy , un élément clé de la pathologie de la maladie de Parkinson. Cependant, au moins une étude a récemment trouvé des preuves d' agrégation de protéines de la même composition chimique que celle qui compose les corps de Lewy avec une pathologie similaire à la maladie de Parkinson chez des macaques rhésus âgés à partir du MPTP. Par conséquent, le mécanisme à l'origine du MPTP en ce qui concerne la maladie de Parkinson n'est pas entièrement compris. En raison de ces développements, la roténone a été étudiée comme agent possible causant la maladie de Parkinson. Le MPTP et la roténone sont tous deux lipophiles et peuvent traverser la barrière hémato-encéphalique .

En 2010, une étude a été publiée détaillant la progression des symptômes de type parkinsonien chez la souris suite à l'ingestion intragastrique chronique de faibles doses de roténone. Les concentrations dans le système nerveux central étaient inférieures aux limites détectables, mais elles induisaient toujours une pathologie parkinsonienne.