L’ADN environnemental ou ADNe est une technologie innovante, dont les applications se sont fortement développées ces dernières années. Elle permet d’identifier la biodiversité en analysant l’ADN que les espèces libèrent dans leur environnement, sans avoir besoin de les capturer ou de les observer physiquement. Cette approche repose sur des méthodes de biologie moléculaire, telles que la PCR et le séquençage de l’ADN. Après le séquençage, les données sont comparées aux bases de données internationales afin de faire correspondre les séquences d’ADN aux noms d’espèces.
Une méthode génétique qui a le vent en poupe
Le principe de l’ADN environnemental est simple : tout organisme vivant laisse des traces d’ADN dans son environnement. Cet ADN provient de cellules, d’excréments, de mucus, de salive, de fragments de peau, etc. Il est ainsi possible, à partir d’un simple échantillon de l’environnement, comme l’eau d’un étang ou d’une rivière, l’eau de mer, un peu de terre ou du miel, de récupérer et d’analyser cet ADN afin de déterminer précisément la biodiversité présente dans l’écosystème. Et qui dit biodiversité, dit tous les organismes vivants, des plus petites bactéries aux plus grands mammifères.
C’est en 2003, que Paul Hebert propose un nouveau principe permettant d’analyser plus rapidement et plus efficacement les échantillons : celui de répertorier les séquences d’ADN dans une grande base de données sous la forme de code-barres. Ces derniers permettent d’automatiser la détection des espèces d’un échantillon en comparant simplement l’ADN prélevé à celui de la base de données. C’est ce que l’on appelle le barcoding moléculaire.
Ces différentes méthodes ont connu des avancées extraordinaires depuis leur création, avancées qui s’accélèrent encore aujourd’hui grâce aux technologies actuelles de séquençage à haut débit.
Une méthodologie, deux niveaux d’analyse : ADNe barcoding et ADNe métabarcoding
Si l’ADN environnemental permet de déceler les traces d’espèces dans un environnement ciblé, il existe deux grands niveaux d’analyse : le barcoding et le métabarcoding. Mais avant de s’intéresser à la différence entre ces deux niveaux, il faut avant tout comprendre le mode de fonctionnement de l’ADN environnemental.
Du prélèvement à une liste d’espèces
L’analyse de l’ADN environnemental débute par la collecte d’échantillons directement dans le milieu naturel. Ces prélèvements peuvent provenir de divers environnements : eaux douces ou marines, sols, sédiments, voire de matrices plus complexes comme le miel ou les excréments. La quantité d’échantillons nécessaire dépend du milieu étudié et du niveau de précision recherché. Dans une mare, quelques centaines de millilitres d’échantillons suffisent généralement pour inventorier les amphibiens, tandis que pour étudier les poissons en milieu marin, plusieurs dizaines de litres peuvent être nécessaires. Pour les sédiments et les sols, quelques grammes suffisent généralement aux analyses. Après l’ajout d’un conservateur de l’ADN, les échantillons sont renvoyés au laboratoire pour la suite des analyses.
L’ADN présent dans l’échantillon est extrait afin de l’isoler des autres molécules, telles que les protéines. Cette étape varie en fonction du type d’échantillons : extraction chimique, par lyse mécanique ou encore en utilisant des colonnes en silice sur lesquelles se fixe spécifiquement l’ADN. Une fois extrait, cet ADN est conservé au congélateur.
Cet ADN est généralement présent en faible quantité et doit donc être amplifié par PCR. Selon les objectifs de l’étude, il est possible d’amplifier spécifiquement soit l’ADN d’une seule espèce (ADNe barcoding), soit celui d’un groupe d’espèces (ADNe métabarcoding). Une fois les séquences d’ADN amplifiées, elles peuvent être séquencées.
Après séquençage de l’ADN, nos bio-informaticiens comparent les données obtenues avec les séquences répertoriées dans les bases de données internationales. La liste d’espèces ainsi générée est ensuite analysée et interprétée avec l’aide de notre équipe d’écologues.
Quelle différence entre l’ADNe barcoding et l’ADNe métabarcoding ?
Le barcoding consiste à créer un code-barres unique pour chaque espèce, sous forme d’une séquence ADN. Mais quelle est donc la différence entre le simple barcoding et le métabarcoding ? Leur nom est en fait très révélateur :
- Dans le cas du barcoding simple, il s’agit de rechercher l’ADN d’une espèce très précise. Par exemple, la présence d’une espèce de poisson dans de l’eau provenant d’une rivière.
- Dans le cas du métabarcoding, il s’agit plutôt d’analyser un groupe taxonomique complet, c’est-à-dire un ensemble d’êtres vivants. Les rangs taxonomiques désignent, en effet, les niveaux de classification du monde vivant. C’est, par exemple, l’étude de la présence de toutes les espèces de poissons vivant dans un lac.
Avantages et limites
L’ADN environnemental présente de nombreux avantages. La méthode est simple et rapide à mettre en œuvre sur le terrain. Elle offre la possibilité de détecter des espèces difficilement observables, qu’elles soient rares, discrètes ou présentes en faible nombre. Elle permet également des études de biodiversité non invasives, sans devoir capturer les organismes vivants. On évite ainsi des effets négatifs comme le stress, la diminution de l’immunité à la suite de la capture, le dérangement des espèces protégées pendant la période de reproduction. Enfin, l’évolution rapide de la technologie la rend disponible à un coût très avantageux.
Bien que des protocoles standardisés et reproductibles existent pour l’utilisation de l’ADN environnemental, certaines précautions sont essentielles pour garantir la fiabilité des résultats. La première limite concerne la qualité des prélèvements : ils doivent être réalisés avec soin pour éviter toute contamination, et les quantités échantillonnées doivent être adaptées aux objectifs de l’étude. Au laboratoire, des mesures strictes sont nécessaires pour assurer des analyses précises et rigoureuses. Il est nécessaire de travailler dans des conditions stériles, de suivre des protocoles validés et de respecter les normes de biologie moléculaire. Enfin, le volume important de données générées par le séquençage haut débit nécessite une puissance de calcul adéquate et l’accès à des bases de données fiables pour une analyse optimale.
Quelles applications pour l’ADN environnemental ?
La méthode de l’ADN environnemental est puissante et peut être appliquée au suivi de la biodiversité pour des projets efficaces de conservation, d’atténuation des impacts et de restauration, mais aussi pour la détection et la surveillance d’agents pathogènes ou de bactéries dans les eaux usées ou les procédés industriels.
E-BIOM propose de nombreuses applications, dont notamment :
- L’inventaire des espèces présentes dans un écosystème
- La détection et le suivi d’espèces rares, protégées ou exotiques envahissantes
- L’analyse de régimes alimentaires à partir de contenus stomacaux d’animaux capturés ou de fèces
- La caractérisation et le suivi des communautés microbiennes et du microbiome
- L’étude d’échantillons de miel pour en caractériser la composition floristique
- La détection et la quantification de pathogènes à partir d’échantillons environnementaux (ex. : eaux usées, rivières) ou de leurs vecteurs (ex. : tiques, moustiques).
- La recherche de corps étrangers dans les matières premières et les produits finis
Et bien d’autres encore…
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Notre laboratoire de 240 m² est entièrement dédié aux analyses biologiques environnementales, permettant à E-BIOM de jouer un rôle clé dans de nombreux secteurs : agronomie, sciences de l’eau, santé humaine et animale, contrôle-qualité, recherche, etc.
