Using a biology-based model (DEBtox) to analyse bioassays in ecotoxicology: opportunities and recommendations

The conventional analysis of bioassays does not account for biological significance. However, mathematical models do exist that are realistic from a biological point of view and describe toxicokinetics and effects on test organisms of chemical compounds. Here we studied a biology-based model (DEBtox) which provides an estimate of a no-effect concentration (NEC) and we demonstrated the ability of such a model to adapt to different situations. We showed the basic model can be extended to deal with problems usually faced during bioassays like time-varying concentrations or unsuitable choices of initial concentrations. To reach this goal we report experimental data from Daphnia magna exposed to zinc. These data also showed the potential benefit of the model in understanding the influence of food on toxicity. We finally make some recommendations about the choice of initial concentrations and we propose a test with a depuration period to check the relevance and the predictive capacity of the DEBtox model. In our experiments, the model performed well and proved its usefulness as a tool in risk assessment. / L'analyse conventionnelle des bioessais ne prend pas en compte la pertinence biologique. Cependant, des modèles biologiques existent, réalistes d'un point de vue biologique, qui décrivent la cinétique et les effets des produits chimiques sur les organismes tests. Nous nous sommes intéressés ici à un modèle à fondement biologique (DEBtox) qui fournit une estimation d'une concentration sans effet (NEC) et nous avons démontré la capacité d'adaption d'un tel modèle. Nous avons ainsi montré que le modèle de base peut être étendu pour traiter des problèmes rencontrés souvent au cours des bioessais comme des variations des concentrations d'exposition ou un mauvais choix des concentrations de départ. Pour cela, nous avons réalisé un test avec des daphnies (Daphnia magna) exposées au zinc. Ces données ont aussi montré l'intérêt du modèle pour comprendre l'influence de la nourriture sur la toxicité. Nous faisons, pour finir, quelques recommendations sur le choix des concentrations d'exposition et nous proposons un test avec une phase de dépuration pour vérifier la pertinence et la capacité prédictive du modèle DEBtox. Au cours de nos expérimentations, le modèle a passé ce test avec succès, démontré son utilité comme outil pour l'analyse du risque.