Qu´est-ce qu´un bioindicateur? Utilisation et types de bioindicateurs Scientifiquement, comment fonctionnent les bioindicateurs? Essais biologiques traditionnels Essais biologiques dérivés de la biotechnologie Biotechnologie et bioindicateurs Domaines actuels de recherche sur les bioindicateurs Développement durable et bioindicateurs Bibliographie

Qu´est-ce qu´un bioindicateur?

Les bioindicateurs sont des organismes, tels que les lichens, les oiseaux et les bactéries, utilisés pour surveiller la santé de l'environnement. On surveille ces organismes parce que leurs perturbations indiquent parfois un problème au sein de leur écosystème. Les perturbations peuvent être chimiques, physiologiques ou comportementales.

Utilisation et types de bioindicateurs

Dans un écosystème, tout organisme est apte à faire état de la santé de son environnement. Les bioindicateurs sont utilisés pour :

• déceler les changements dans l'environnement naturel;
• surveiller la présence de pollution et les effets de la pollution sur l'écosystème de l'organisme;
• surveiller les progrès du nettoyage de l'environnement;
• vérifier des substances telles que l'eau potable, pour y déceler la présence de polluants.

Voici quelques types de bioindicateurs et leurs utilisations :

• Indicateurs végétaux -- La présence ou l'absence de certaines plantes ou autres espèces végétales dans un écosystème peut fournir d'importantes informations sur la santé de l'environnement.
  
  Les lichens, que l'on retrouve souvent sur les rochers et les troncs d'arbres, sont des organismes formés de champignons et d'algues. Ils réagissent aux changements de l'environnement forestier, y compris les changements de la structure forestière, de la qualité de l'air et du climat. La disparition de lichens dans une forêt peut indiquer des stress environnementaux, comme des niveaux élevés de dioxyde de soufre, de polluants à base de soufre et d'azote.
  
  
• Indicateurs animaux -- Une augmentation ou une diminution d'une population animale peut indiquer des dommages aux écosystèmes, provoqués par la pollution. Par exemple, si la pollution provoque une diminution d'une importante source alimentaire, la population des espèces animales qui dépendent de ces aliments diminuera également. En plus de surveiller la population et la taille de certaines espèces, les indicateurs animaux permettent de surveiller la concentration de toxines dans les tissus animaux ou le taux de malformation dans les populations animales.
  
  
• Indicateurs microbiens -- Les micro-organismes peuvent être utilisés comme indicateurs de la santé des écosystèmes aquatiques ou terrestres. Présents en grandes quantités, les micro-organismes sont plus faciles à prélever que d'autres organismes. Certains micro-organismes produisent de nouvelles protéines, appelées protéines de stress, lorsqu´on les expose à des polluants tels que le cadmium et le benzène. Ces protéines de stress peuvent être utilisées comme système de prédétection pour déceler de faibles niveaux de pollution.

Scientifiquement, comment fonctionnent les bioindicateurs?

On utilise certains changements physiologiques et comportementaux spécifiques des bioindicateurs pour déceler des changements dans la santé de l'environnement. Les changements spécifiques diffèrent selon les organismes. L'utilisation d'organismes comme bioindicateurs regroupe de nombreux domaines scientifiques. La génétique de la conservation de la faune est un exemple de la façon de conjuguer les approches traditionnelles et les nouvelles biotechnologies pour améliorer l'exactitude et recueillir des renseignements difficiles à obtenir au moyen des méthodes conventionnelles. La génétique de la conservation de la faune combine le contrôle traditionnel de populations animales, celle des ratons laveurs par exemple, avec la science de la génétique pour obtenir des renseignements sur la santé des écosystèmes.

Les scientifiques peuvent observer des changements dans le comportement et la population d'une espèce, mais les changements physiologiques doivent faire l'objet d'essais spéciaux pour être détectés. Pour détecter des changements environnementaux, les essais biologiques nécessitent des échantillons prélevés sur des organismes. Ces essais peuvent servir à assurer la qualité de l'eau potable ou à mesurer le niveau de pollution des rivières. Dans l'avenir, lorsque la recherche définira de nouvelles utilisations pour les microbes, on pourra aussi faire des essais pour vérifier la qualité des sols et de l'atmosphère.

Les essais biologiques peuvent être effectués selon les méthodes traditionnelles ou de nouvelles méthodes dérivées de la biotechnologie. Ces méthodes sont décrites en détail ci-dessous.

Étude de cas : Essais de détermination de la qualité de l'eau
Des bactéries bioluminescentes sont utilisées pour évaluer la qualité de l'eau et déterminer si celle-ci contient des produits toxiques pour l'environnement. Si l´eau contient des toxines, le métabolisme cellulaire de la bactérie est inhibé ou perturbé, ce qui affecte la qualité de la lumière ou la quantité de lumière émise par la bactérie. Contrairement aux essais conventionnels, celui-ci est relativement rapide – on le réalise en 5 à 30 minutes. Cependant, il indique seulement la présence d'une toxine, sans identifier la toxine responsable du changement de l'organisme.

Essais biologiques traditionnels

Dans les essais biologiques conventionnels, on introduit un bioindicateur dans des échantillons naturels, comme la terre ou l'eau. Les chercheurs observent ensuite tout changement qui se produit en raison de cette exposition. Ces méthodes s´appuient principalement sur l'observation pour déceler des changements. Voici quelques exemples d'essais biologiques conventionnels :

• mesure de la croissance des racines des plantes dans les zones présumées polluées et comparaison de leur taux de croissance avec le taux de croissance normal des racines;
  
  
• introduction de micro-organismes dans un environnement et observation de tout changement de l'organisme lié à l'exposition aux toxines, comme par exemple la présence de protéines de stress produites lorsque les cellules sont exposées à des conditions environnementales nuisibles.

Essais biologiques dérivés de la biotechnologie

Plusieurs méthodes reposant sur la biotechnologie emploient des micro-organismes pour examiner la santé de l'environnement. À la différence des méthodes traditionnelles, les essais biologiques dérivés de la biotechnologie ne sont pas seulement fondés sur l'observation, mais sont conçus pour provoquer des réactions spécifiques qui indiquent la présence d'un polluant particulier ou d'un micro-organisme indésirable. En ce sens, ils ressemblent à la méthode classique d´analyse chimique des échantillons environnementaux.

Technologie de microéchantillons d'ADN -- À l´aide de la technologie de microéchantillons d'ADN, on examine des échantillons naturels tels que de l'eau pour déterminer la véritable constitution génétique d'un organisme. Ce type d'essai est utilisé pour détecter des micro-organismes dangereux dans l'environnement, comme par exemple les bactéries E. Coli dans l'eau.

Les jeux ordonnés de microéchantillons d'ADN sont des puces d'ADN en verre ou en silicium, de la taille d'un timbre, dans lesquelles sont intégrés des milliers de brins simples d'ADN ou d'ARN. Dans ce cas, les essais portent sur l'ADN des micro-organismes. Les microéchantillons sont fabriqués en utilisant des échantillons des micro-organismes. Si le même type de micro-organisme est présent dans l'échantillon d'eau, l'ADN ou l'ARN du microéchantillon réagit avec l'ADN complémentaire ou l'ARN du micro-organisme, ce qui indique sa présence dans l'échantillon. Lorsque ces tests seront perfectionnés, il suffira de quatre heures pour déterminer la présence de microbes dans un échantillon de sol ou d'eau. Les essais chimiques classiques nécessitent en moyenne 48 heures.

Je veux en savoir plus sur les microéchantillons d'ADN.

• Hybridation in situ à fluorescence (FISH) -- Cette méthode sert à détecter la présence de gènes particuliers dans un échantillon. En tant que bioindicateur, l´hybridation FISH peut déterminer si des micro-organismes non spécifiques polluent certaines zones. Pour obtenir des résultats, on examine des échantillons prélevés dans l'environnement afin de déceler la présence de gènes microbiens. On fixe un marqueur fluorescent à l'ADN du micro-organisme examiné. Cet ADN marqué s'appelle maintenant une sonde. Ensuite, on fixe les échantillons environnementaux sur une microplaquette qu´on expose à la sonde ADN fluorescente. Si le micro-organisme polluant est présent sur la microplaquette, son ADN se fixe sur la sonde fluorescente, provoquant une luminescence ultraviolette sur la microplaquette. La détection de ces ultraviolets à l´aide d´un microscope à fluorescence spécial démontre la présence de micro-organismes polluants dans l'échantillon.

Biotechnologie et bioindicateurs

Actuellement, on réalise des essais biotechnologiques pour découvrir les changements subis par les espèces indicatrices, afin de vérifier la présence de polluants dans l'environnement. Plusieurs de ces essais sont destinés à déceler les polluants dans les rivières et les sources d'eau potable. Ces essais deviendront plus rapides et plus précis que les essais conventionnels pour déceler des changements métaboliques dans les micro-organismes. On étudie également la possibilité d´employer des bioindicateurs microbiens pour détecter les polluants dans d'autres substances, comme les sols.

Domaines actuels de recherche sur les bioindicateurs

Actuellement, la recherche sur les bioindicateurs est axée sur l´élaboration d´essais plus rapides et plus fiables pour détecter la présence de micro-organismes dans l'eau et le sol. On se préoccupe particulièrement des essais pour l'eau potable, aussi bien pour les pays développés que pour ceux en voie de développement. Bien que des essais dérivés de la biotechnologie existent actuellement pour l'eau potable, un grand nombre de polluants passent toujours inaperçus. Les scientifiques essaient de remplacer les longues méthodes conventionnelles par de nouvelles méthodes d'essai dérivées de la biotechnologie, plus rapides et plus fiables.

Développement durable et bioindicateurs

Les bioindicateurs sont un moyen de contrôler ou de détecter les impacts négatifs des activités industrielles sur l'environnement. Cette information aide à élaborer des stratégies visant à empêcher ou à réduire ces effets et à rendre l'industrie plus durable. Le rôle des bioindicateurs dans le développement durable contribuera à réduire au minimum l´empreinte de l'industrie sur l'environnement.

Bibliographie

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