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ARCHIVÉ - Comment des microorganismes de l'Arctique pourraient aider à composer avec le changement climatique

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Pour comprendre la hausse des températures dans l’Arctique et d’autres enjeux environnementaux, et y remédier, les scientifiques du CNRC ont entrepris de séquencer la totalité du matériel génétique que renferme le pergélisol arctique. Pour ardue qu’elle soit, la tâche se trouve facilitée par les progrès de la génomique et de la protéomique, qui accélèrent aussi les travaux, tout en les rendant moins onéreux.

Un homme se repose après une randonnée dans l’Arctique.

Une grande partie de la zone arctique qui encercle l’hémisphère nord est constituée de sol gelé en permanence appelé « pergélisol ». Toutefois, ce gel n’est plus aussi « permanent » qu’il était autrefois. En effet, selon Statistique Canada, entre 1948 et 2009, la température a augmenté d’en moyenne 1,4 °C au pays, et de 2,2 °C dans ses régions nordiques. Et avec l’élévation de la température vient le dégel du pergélisol.

Pour mieux comprendre ce que signifie ce phénomène sur le plan environnemental, des scientifiques canadiens étudient les plus petits habitants de l’Arctique : les microorganismes qui peuplent le pergélisol et sa surface. Les progrès récents réalisés dans les technologies de séquençage de l’ADN et dans l’analyse de ces données rendent leur tâche beaucoup plus aisée.

Importance des microorganismes

Comment des organismes vivants, trop petits pour être vus à l’œil nu, nous aideront-ils à comprendre et éventuellement à gérer les répercussions de la hausse de la température? Charles Greer, qui dirige le groupe de microbiologie environnementale à l’Institut de recherche en biotechnologie du CNRC, nous l’explique : « L’Arctique possède un immense réservoir de carbone venant de tissus de plantes et d’animaux morts. Avec la hausse de la température et le dégel du pergélisol, les microorganismes transforment ce carbone en dioxyde de carbone (CO2) et en méthane (CH4), deux gaz à effet de serre. »

Comme le décrivent M. Greer et son collègue Étienne Yergeau, il s’ensuit un cercle vicieux : le réchauffement libère des gaz; ces gaz réchauffent l’atmosphère; la température grimpe; plus de gaz sont libérés, et ainsi de suite; une spirale grandissante.

Cependant, tout n’est pas perdu. « On ignore beaucoup de choses au sujet de cette boucle », affirme M. Greer. « Se pourrait-il que certains microorganismes puissent ralentir le phénomène en dégradant une partie des gaz à effet de serre? »

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Les microorganismes
de l'Arctique pourraient
aider à gérer
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Des microorganismes détériorant le méthane seraient particulièrement les bienvenus. En effet, ce gaz, dont l’effet de serre est 20 fois plus puissant que celui du dioxyde de carbone, se dégage à un taux alarmant du pergélisol, selon une étude effectuée par des scientifiques de l’Université d’Édimbourg et de l’Institut pour l’espace des Pays-Bas. Établir si des microorganismes capables de dégrader ce gaz existent en quantité dans l’Arctique, comment ils fonctionnent et ce qu’on pourrait réaliser pour en favoriser la prolifération, pourrait donc jouer un rôle capital dans les efforts déployés pour freiner les émissions de méthane dans l’atmosphère. Voilà où entre en scène la métagénomique.

Qu’est-ce que la métagénomique?

La plupart des gens ont entendu parler de la génomique, cette discipline qui a pour but le séquençage de l’ADN d’un organisme, c’est-à-dire cartographier les gènes qui le constituent. La génomique a fait les manchettes il y a moins d’une dizaine d’années quand le Projet du génome humain a permis d’identifier puis de cartographier presque tous les gènes de l’espèce humaine, engendrant en quelque sorte l’équivalent biologique du tableau périodique en chimie. Les données issues du projet ont ouvert les vannes à d’autres travaux d’envergure qui nous aideront à mieux comprendre la biologie de l’être humain et à faire progresser la médecine.

À l’instar de la génomique, la métagénomique séquence l’ADN. La distinction est qu’elle ne s’arrête pas à l’espèce. « La métagénomique », reprend M. Greer, « examine la génétique d’un environnement complet – bactéries et champignons compris. Bref, tout ce qui peut y habiter. »

Paysage rocailleux de l’Arctique montrant un lac et des montagnes.
Les plus petits habitants de l’Arctique – les microorganismes vivant dans le pergélisol – pourraient concourir à réduire les émissions de gaz à effet de serre.

Le projet du métagénome de l’Arctique

Voilà exactement ce que fait le projet du métagénome du CNRC : prélever des échantillons de sol de divers milieux sur l’île Ellesmere, dans le Nord canadien, et en séquencer le métagénome en vue de glaner des données sur les microorganismes peuplant le sol.

« Nous n’en sommes encore qu’au début », confie M. Greer. « Pour l’instant nous essayons de mieux comprendre la variabilité du métagénome de différents milieux arctiques, en vue de constituer une base de données fondamentale qui nous permettra de surveiller les changements et de prévoir leur incidence sur l’écosystème. »

Avant l’arrivée du XXIe siècle, pareille entreprise aurait été vouée à l’échec. Il y a quelques années à peine, elle se serait avérée trop laborieuse et son coût prohibitif. À présent cependant, les progrès réalisés en génomique et en bio-informatique la rendent nettement plus réalisable.

Séquencer plus vite et à moindre coût – la révolution de la génomique et de la bio-informatique

La bio-informatique applique la puissance de l’ordinateur et les technologies de l’information de pointe à la compréhension de la biologie. Depuis cinq ou six ans, ce domaine a connu une véritable explosion et les progrès enregistrés sont presque révolutionnaires.

M. Yergeau, qui s’occupe de la majorité du séquençage dans le cadre du projet du CNRC sur le métagénome de l’Arctique, brosse un tableau saisissant de cette révolution et de ce qu’elle signifie. « Vers 2005, on a commencé à mettre au point des appareils de séquençage en mesure de cartographier des centaines ou des milliers, voire des millions, de séquences à la fois. Grâce à ces machines de “prochaine génération”, on dispose maintenant de jeux de données colossaux qui nous permettent d’établir la composition génétique de la vie dans l’Arctique. » Vie qui, bien sûr, inclurait les microorganismes susceptibles de détériorer le méthane et de ralentir la tendance de l’élévation de la température.

M. Yergeau poursuit en expliquant combien une tâche qui, il y a seulement 10 ans, aurait exigé un laboratoire entier doté de son équipement et de son personnel, peut maintenant être effectuée plus vite, mieux et à moindres frais avec une simple machine. « Notre appareil repose sur une table du laboratoire », reprend le chercheur. « Il n’est pas plus gros qu’une imprimante et un jour lui suffit pour faire ce qu’un laboratoire effectuait autrefois en une semaine. »

La machine en question escamote plusieurs étapes onéreuses, auparavant essentielles, et restitue une masse de données de qualité dont on se sert au CNRC et qui peuvent être mises à la disposition d’autres chercheurs.

La révolution continue

Certes, on a accompli des progrès fantastiques, mais il en faut d’autres. « Suivant le séquençage, nous avons besoin d’outils de bio-informatique pour colliger les données et les analyser », déclare M. Greer. « C’est le goulot d’étranglement actuel. »

Par chance, la révolution de la génomique et de la bio-informatique semble loin d’être terminée. « Environ 150 entreprises s’efforcent de créer de nouveaux appareils encore plus performants », précise M. Greer.

Un marché aussi concurrentiel est de bon augure pour l’innovation en génomique et en bio-informatique. Il devrait s’ensuivre, notamment, une accélération des recherches sur le métagénome de l’Arctique, qui, parallèlement, deviendront plus rentables. Le tout élargira nos connaissances sur la manière dont les microorganismes pourraient concourir à ralentir l’élévation de la température et à combattre d’autres formes de dégradation de l’environnement. end


ISSN 1927-0283 = Dimensions (Ottawa. En ligne)

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