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Le procédé de dépollution biologique (bioremédiation) au moyen de microorganismes spécifiques est une technique durable et bon marché permettant l’élimination des déchets. Elle utilise des bactéries, des champignons et des plantes choisis pour retirer ou neutraliser les polluants des sols ou des eaux contaminés (pour un coup d’œil sur les sites pollués en Suisse, voir NABO).1 Des microorganismes, présents dans la nature, transforment les substances dangereuses – comme par exemple des composants du pétrole brut, des pesticides ou des dissolvants chlorés – en substances moins toxiques, voire non toxiques. La bioremédiation peut se dérouler sur place ou ailleurs. Dans le premier cas, le matériel pollué est traité sur les lieux, dans le deuxième, il est déplacé, dans une décharge par exemple, où il sera traité ultérieurement. Souvent la bioremédiation sur place doit être initiée ou stimulée par l’adjonction de substances nutritives et d’oxygène afin que les organismes puissent absorber les polluants (voir à ce sujet la marée noire produite par l’Exxon Valdez).2
La modification génétique ouvre de nouvelles possibilités
Les produits chimiques nouveaux, qui ne se trouvaient pas dans la nature initialement, ne sont que difficilement dégradables par les microorganismes. Ceci peut être modifié par l’inclusion dans le génome des microorganismes de gènes nécessaires à la dégradation de tels produits. Ainsi ces substances chimiques difficiles à « casser » peuvent être dégradées.
Les microorganismes comme détecteurs de produits nocifs
Outre les techniques de bioremédiation, la construction de « bioreporters » offre la possibilité de prédire l’activité de microorganismes impliqués dans la dégradation biologique. Les « bioreporters » sont des microorganismes vivants qui jouent le rôle de « chiens de garde » et qui, là où ils sont placés, peuvent dépister la présence de produits chimiques nocifs. Ils servent ainsi de systèmes de détection de conditions environnementales défavorables ou nuisibles. Au contact de substances chimiques, les « bioreporters » émettent des signaux fluorescents ou autres. Ces signaux permettent de mesurer l’apparition de pollutions chimiques à de très faibles concentrations.3 Pour leur usage technique, les « bioreporters », à l’instar des composants informatiques, sont fixés à des microplaques et intégrés dans des instruments analytiques développés à cette fin. Bien que les « bioreporters » aient fait leurs preuves de nombreuses fois en laboratoire, leur introduction dans la nature nécessite encore une recherche intensive.
En quoi est-ce de la biologie synthétique?
Tandis que les bactéries et les champignons sont capables de dégrader ou transformer des matières organiques comme des restes de plantes ou d’animaux par exemple, il leur est souvent très difficile de décomposer les produits chimiques élaborés par l’homme. Le cours des réactions biochimiques requises à cet égard peut, dans les conditions naturelles, durer jusqu’à 500 ans. La combinaison spécifique de divers gènes provenant de plusieurs organismes différents permet de générer la capacité de dégrader ces substances chimiques, d’où la possibilité d’éliminer les pollutions environnementales selon un processus biologique. Grâce à l’intégration de gènes spécifiques, les microorganismes qui servent de senseurs naturels pour les pollutions chimiques seront mis à même, lorsqu’ils sont en contact avec des substances chimiques, d’émettre des signaux mesurables, par exemple lumineux, permettant de déterminer la concentration de ces substances.
Activités en Suisse
L’Institut du domaine de l’eau des EAWAG étudie la manière dont les microorganismes dégradent les pollutions de l’eau et des sols cultivés afin de contribuer à une meilleure épuration de l’eau et une amélioration de sa qualité.4
Le Laboratoire de microbiologie de l’environnement de l’EPF de Lausanne5 étudie, dans la région de Thoune et dans le canton du Tessin, comment les organismes du sol fixent les pollutions au chrome.
Le Département de microbiologie fondamentale de l’Université de Lausanne développe l’utilisation de « bioreporters » fixés sur des microchips.6 Ces travaux s’effectuent entre autre dans le cadre du projet de recherche BIOMONAR financé par le 7ème Programme cadre de l’Union européenne. Les résultats les plus récents portent sur les « bioreporters » pour l’arsenic.7 Le même groupe de recherche lausannois participe aussi au projet BRAAVOO qui a pour but de mesurer la qualité de l'eau marine en temps réel grâce à différents « bioreporters ».8
Dans le cadre du projet «Envirobot », l’Université de Lausanne, l’EAWAG, l’EPF de Lausanne et la Haute Ecole d’ingénierie du Valais collaborent à la construction d’un robot qui collectionne des échantillons d’eau et les analyse en utilisant en parallèle, des « bioreporters » et des senseurs chimiques.9Senseurs biologiques: Détection d’arsenic dans l’eau potable.Des bactéries détectent l’arsenic dans l’eau potable. Le groupe de recherche du Prof. van der Meer à l’Université de Lausanne a modifié des bactéries de manière à ce qu’elles émettent de la lumière lorsqu’elles entrent en contact avec de l’arsenic [7]. Illustration: Franziska Oeschger, Forum Recherche génétique.> Plein écranConséquences pour la société
Lorsque des microorganismes sont utilisés comme « bioreporters », ils sont intégrés dans des instruments d’analyse, utilisés en nombre restreint et ne sont pas disséminés dans l’environnement. Leur capacité à émettre un signal lorsqu’ils détectent une pollution environnementale ne leur confère aucun avantage sélectif eu égard aux autres microorganismes. Les microorganismes qui sont utilisés dans la dégradation biologique des polluants sont des organismes naturels qui se trouvent à l’endroit de la pollution ou qui y sont amenés depuis un autre site pollué. Ils doivent être choisis avec soin afin qu’ils n’aient aucun effet négatif sur l’environnement. Ils ne représentent aucun danger pour l’homme de même que pour les animaux et les végétaux. Ceci vaut également pour des microorganismes dans lesquels ont été introduits des gènes provenant d’autres microorganismes aptes à la dégradation des polluants. Ces gènes sont présents dans la nature et ne confèrent plus aucun avantage aux microorganismes lorsque la pollution est éliminée.Littérature
NABO – L’observation national des sols. Lien
Atlas RM and Hazen TC (2011) Oil Biodegradation and Bioremediation: A Tale of the Two Worst Spills in U.S. History. Environ Sci Technol. 45(16): 6709–6715. Lien
Xu T et al. (2013) Genetically modified whole-cell bioreporters for environmental assessment. Ecological Indicators 28: 125-141. Lien
Département Microbiologie de l’environnement, EAWAG. Lien
Environmental Microbiology Laboratory, EPF Lausanne. Lien
Department of Fundamental Microbiology, University of Lausanne. Lien
Merulla D, Hatzimanikatis V and van der Meer JR (2013) Tunable reporter signal production in feedback-uncoupled arsenic bioreporters. Microbial Biotechnology 6 (5): 503-14. Lien
BRAAVOO - biosensors for real-time monitoring of marine contaminants. Lien
Envirobot – a Nano Tera project. Lien
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