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La biotechnologie environnementale, c’est quoi ?

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Qu’est ce qu’un Bioreporter ?

Comment fonctionne un Bioreporter ?

Un exemple concret : la détection du mercure (II) dans l’eau

La pollution au mercure : un réel problème environnemental

Des OGM, spécialistes de la détection du mercure

Des applications diverses

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La bioremédiation, c’est quoi ?

La bioremédiation, une nouvelle technologie ?

Exemple de bioaugmentation chez une souche E.coli

Alors comment accroître la capacité de fixation du mercure par de la bactérie E.coli au mercure ?

Les plantes génétiquement modifiées, l’avenir de la dépollution ?

Des recherches en cours

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Concernant les Bioreporters

A propos de la Bioremédiation

La question des OGM

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Qu’est ce qu’un Bioreporter ?

Un Bioreporter est un outil biotechnologique qui permet de déterminer, de relever et de surveiller la présence de différents contaminants dans l’air, le sol et l’eau. C’est un micro-organisme, généralement une bactérie ou une levure génétiquement modifiée, qui produit un signal mesurable en réponse à un stimulus. Le stimulus peut-être un produit chimique ou un agent physique présent dans l’environnement du micro-organisme. Un système de détection externe permet de mesurer la réponse du Bioreporter au stimulus. 

Comment fonctionne un Bioreporter ?

Tout comme les animaux, les bactéries perçoivent leur exposition à des dangers environnementaux. Quand une bactérie se trouve en présence d’un agent auquel elle est sensible, un promoteur s’active et les gènes qui lui sont liés, sont traduits en protéines pour aider la bactérie à combattre ou à s’adapter à l’agent auquel elle est exposée.

La capacité des bactéries à reconnaître un agent dans l’environnement va donc être utilisée pour détecter des polluants : ce sont les Bioreporters. Dans le cas du Bioreporter, certains de ces gènes sont retirés puis remplacés. Le Bioreporter contient alors deux éléments génétiques nécessaires à sa fonction de détection : un promoteur et un gène rapporteur (ou « reporter gene »). En s’activant lorsque la bactérie est au contact du polluant, le promoteur entraîne la transcription puis la traduction du gène rapporteur en protéines reporter. Celles-ci produisent alors un signal qui est transmis au système de détection externe.

Plusieurs types de gènes rapporteurs existent et les signaux qu’ils produisent peuvent être colorimétriques, fluorescents, lumineux, chimiolumineux ou électrochimiques. Bien que les modes de fonctionnement de ces gènes soient différents les uns des autres, le signal qu’ils produisent est toujours mesurable et proportionnel à la concentration de l’agent polluant.

Un exemple concret : la détection du mercure (II) dans l’eau

La pollution au mercure : un réel problème environnemental

L’eau est fréquemment contaminée par des substances potentiellement toxiques. Dans certaines régions du monde telles que l’Amazonie, la Colombie ou le Japon, un métal, le mercure, suscite un réel problème environnemental. Le mercure est un élément chimique constituant des sols et des roches; mais depuis la révolution industrielle, son rejet dans les lacs et les cours d’eau a été multiplié par trois. L’activité humaine n’y est pas étrangère : incinération des déchets contenant du mercure (piles électriques, amalgames dentaires, thermomètres, produits pharmaceutiques et cosmétiques), extraction de minerai ou combustion de charbon… L’homme est à l’origine de 50 à 75% des émissions atmosphériques de cet élément. Lessivé par les pluies, le mercure atmosphérique se retrouve dans les lacs et les cours d’eau ; il devient alors dangereux pour les êtres vivants. En effet, des bactéries présentes dans l’eau transforment le mercure en une forme organique potentiellement très toxique : le méthylmercure. Absorbé par la faune aquatique, ce composé remonte la chaîne alimentaire et contamine les poissons consommés par les hommes. L’absorption de mercure chez l’être humain peut entraîner de graves dommages au niveau du cerveau, de la moelle épinière, des reins, du foie et altérer le développement fœtal. Une exposition à long terme (chronique) peut même conduire, dans certains cas, au coma et à la mort. Une méthode physico-chimique de détection du mercure existe, mais elle est coûteuse et nécessite la présence d’un personnel formé. Face à un tel problème, une équipe américaine a élaboré, en juin 2003, une méthode de détection beaucoup plus rapide : un Bioreporter bioluminescent, c'est-à-dire une bactérie qui émet un signal lumineux observable à l’œil nu en présence de mercure.

Des OGM, spécialistes de la détection du mercure

Quelle bactérie utilise-t-on pour ce travail de détection ?

Une des plus communes : Escherichia Coli.Le Bioreporter bioluminescent en présence de mercure, est constitué d’une simple bande de papier filtre contenant des bactéries Escherichia coli génétiquement modifiées. Ces bactéries sont transformées par transgénèse : un ou plusieurs gènes sont introduits à l’intérieur de la cellule à l’aide d’un vecteur de clonage, un plasmide. Cette molécule d’ADN circulaire double-brin est une unité de réplication autonome, présente chez de nombreuses bactéries. Elle se réplique indépendamment du chromosome bactérien et n’est pas indispensable au métabolisme de la bactérie.

La création d’un Bioreporter bioluminescent nécessite l’introduction dans la bactérie E.coli d’un plasmide dans lequel le gène codant pour une protéine fluorescente est placé sous le contrôle d’un promoteur répondant sélectivement au polluant que l’on veut détecter, ici le mercure.Dans le cas de la détection du mercure, le promoteur merRo/p, qui s’active en présence du polluant, est inséré devant le gène lux CDABE du plasmide. Le mercure, s’il est présent dans de l’eau déposée sur la bande-test, pénètre dans la bactérie E.coli par diffusion passive ou transport actif. Il entre alors en contact avec le promoteur merRo/p et déclenche la transcription du gène lux en ARNm. Cet ARNm est traduit par le système ribosomique de la bactérie en une protéine, la luciférase, qui est une enzyme catalysant une réaction d’émission de lumière visible à l’œil nu.

Les bioreporters

En réalité, le promoteur merRo/p est un opéron : c’est un ensemble de gènes composé d’un promoteur et d’un opérateur. L’opérateur est bloqué en permanence par une molécule, le répresseur, qui empêche la fixation de l’ARN polymérase sur le promoteur : la transcription puis la production d’une protéine luminescente est dans ce cas impossible. Lorsque le mercure pénètre dans la bactérie, il se fixe sur le répresseur et l’inactive. Celui-ci ne peut alors plus se fixer sur l’ADN et laisse la place libre à l’ARN polymérase qui peut ainsi commencer la transcription du gène lux. Ainsi, lorsqu’elles entrent en contact avec du mercure, les bactéries E.coli génétiquement modifiées « s’illuminent ».

Ces cellules bioreporters sont immobilisées sur un support solide, ce qui permet une utilisation à long terme de ce mode de détection.

Le Bioreporter doit répondre à plusieurs critères :

• Il doit permettre la détection d’une molécule ou d’un ion de mercure parmi un million de molécules différentes.
• Le résultat de détection doit être obtenu en 30 minutes environ.
• Le Bioreporter doit être facilement transportable et se présenter en petit kit à usage unique.
• Le signal lumineux doit être observable de jour comme de nuit.
• Le Bioreporter doit pouvoir être conservé durablement à température ambiante.
• Le Bioreporter doit être simple d’utilisation.

Des applications diverses

Développés à l’origine pour l’analyse fondamentale des facteurs affectant l’expression de gènes, les Bioreporters ont aujourd’hui conquis de nombreux autres domaines de recherche que ce soit pour l’environnement, la santé, l’agriculture... 

En Europe, de nombreuses recherches portant sur la création de biocapteurs bioluminescents au service de l’environnement, ont été mises en place. En effet, la présence de substances potentiellement toxiques dans nos écosystèmes pose aujourd’hui un réel problème environnemental et la mise au point d’outils permettant une détection facile de ces composés, sans nécessité d’analyse chimique, s’avère nécessaire pour mieux protéger les milieux. Par exemple, à l’Université de Lyon, des biocapteurs bioluminescents capables de détecter et de quantifier des éthers-carburants dans les eaux souterraines sont en cours d’élaboration. Ils font appel à des souches bactériennes capables de croître sur ces éthers : Rhodococcus ruber et Mycobacterium austroafricanum. En Espagne, une équipe de recherche de Grenade travaille également sur la mise au point d’un biocapteur luminescent au contact d’essences, grâce à une bactérie capable de dégrader des composants potentiellement toxiques tels que le toluène : Pseudomonas putida.

Des biocapteurs luminescents en présence d’arsenic ont été mis au point par des chercheurs suisses et testés avec succès au Vietnam. Dans un pays où l’eau est fortement contaminée par cet élément trace, ce biocapteur s’impose comme un outil de détection fiable, rapide et économique.Plusieurs souches de biosenseurs ont été mises au point par des chercheurs belges (Van der Lelie et al) pour détecter l’exposition aux élément traces (cuivre, nickel, plomb, etc) dans les sols.

Détournés à des fins domestiques, les biocapteurs pourraient également se révéler être des outils intéressants de détection de fuites de gaz, de fumées toxiques ou de polluants gazeux libérés par les peintures.

Appliqués au domaine médical, les Bioreporters pourraient permettre un examen rapide des tissus corporels lors de la recherche de protéines présentes lors de maladies ou pour la surveillance du taux de certains éléments dans le sang, telles que le glucose chez les diabétiques.

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