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Le 05 janvier 2005— Ottawa (Ontario)

Technologie de puces à ADN
Technologie de puces à ADN

Le sol que nous foulons est une chose complexe. Son importance varie avec la personne et l'on en tire maints usages. Quand il souille chaussures et vêtements, il n'est que poussière; pour les agriculteurs et les jardiniers cependant, c'est un riche terreau. Quand ils partent à la recherche de gemmes ou de métaux précieux comme des diamants ou du platine, les géologues recourent à la géochimie, analysant des échantillons de sol dans l'espoir d'y découvrir des minéraux et des éléments « révélateurs » présentant un lien avec l'objet de leur quête.

Interrogez Charles Greer, de l'Institut de recherche en biotechnologie du CNRC (IRB-CNRC) à Montréal, à ce sujet et il vous parlera sans doute des innombrables microorganismes qui peuplent un simple gramme de sol. M. Greer examine le sol dans les mêmes intentions qu'un prospecteur (il en connaît la valeur, lui aussi), mais son objectif est de maîtriser les capacités uniques qu'ont ces unicellulaires de décomposer et de neutraliser les polluants dangereux que les humains et les procédés conçus par eux ont introduits dans le sol. « Au bout du compte, nous essayons d'utiliser ces organismes pour qu'ils dépolluent naturellement les sites contaminés », explique-t-il, et ce processus porte fruits dans les tentatives du scientifique visant à décontaminer un site de l'île Ellesmere, dans l'Arctique canadien (lire l'encadré).

Site de Eureka, sur l'île Ellesmere
Site de Eureka, sur l'île Ellesmere

Depuis plusieurs années déjà, l'équipe de Charles Greer essaie de dépolluer un site contaminé à Eureka, sur l'île Ellesmere, où un déversement de combustible diesel a mis en danger l'approvisionnement en eau de la station météorologique. Après avoir analysé le sol pour identifier les microorganismes qui y vivent naturellement et dont on pourrait se servir pour purifier le sol, les scientifiques ont entrepris une étude pilote et mis en place un programme de travail et de fertilisation du sol qui favorise la multiplication des microorganismes qu'on sait efficaces dans la lutte contre ce genre de pollution. Plusieurs années ont passé et les analyses par la technologie de puces à ADN ou biopuces (jeux de microéchantillons d'ADN) révèlent que les bactéries « utiles » du sol sont de plus en plus actives. D'autres tests indiquent une baisse de la concentration de combustible diesel à l'endroit concerné. Dans plusieurs années d'ici, estime M. Greer, le site aura retrouvé son état primitif, réalisation qu'on devra entièrement à l'application de procédés biologiques naturels.

Ces travaux pourraient avoir un impact considérable, surtout si l'on pense au grand nombre de sites dont le sol est contaminé au Canada dans les zones urbaines, ce qu'on appelle couramment les « friches industrielles ». Ces dernières se comptent peut-être par milliers au pays et les efforts grandissants pour freiner le développement dans les régions urbaines pourraient accroître les pressions en vue de leur réutilisation.

« Une meilleure biorestauration par la génomique après identification et caractérisation de la microflore » est le titre officiel des travaux de M. Greer, qui reposent sur divers principes fondamentaux.

L'approche

Pour commencer, le chercheur admet que les scientifiques ne savent pas encore tout sur l'identité des microorganismes. « Nous ne connaissons qu'environ un pour cent des unicellulaires qui peuplent le sol », déplore-t-il.

L'IRB-CNRC rassemble le plus grand nombre d'experts en biotechnologie de l'environnement au monde. Cette expertise est consacrée tout entière à la restauration des sites contaminés, à la prévention de la pollution et à l'avènement d'une industrialisation durable.

Essayer d'identifier tous les microorganismes s'avérerait néanmoins un travail de titan. Cela reviendrait, estime Charles Greer, à démonter un moteur d'une taille gigantesque et d'une complexité incroyable pour déterminer ce que fait chaque pièce et en comprendre le fonctionnement avant de remonter le tout. Son équipe se concentre donc plutôt sur ce qu'on sait après avoir observé les effets des microorganismes dans leur milieu naturel et leur rôle dans l'écosystème. À cause de la forte redondance qui existe dans la nature (à savoir, maints organismes ont des traits communs), le chercheur croit que l'information recueillie de cette manière revêt une très grande utilité.

Ainsi, le même gramme de sol (mais surtout les microorganismes qu'il renferme) joue un rôle capital en commandant ce qu'on appelle les « cycles biogéochimiques », processus naturels durant lesquels les éléments sont décomposés, transformés puis réutilisés dans un cycle continu qui se répète sans cesse. La recherche fondamentale poursuivie par les spécialistes en biotechnologie de l'environnement nous a permis d'établir quels microorganismes participent à ces processus et peuvent dégrader les polluants pour, par exemple, transformer les hydrocarbures organiques du pétrole en une forme minérale inorganique inoffensive. M. Greer parle aussi d'un gène qui amorce l'oxydation des composants du combustible diesel, bref qui lance un processus consistant essentiellement en sa « combustion biologique ».

D'autres recherches ont identifié les gènes précis et les voies par lesquelles ces gènes enclenchent le processus de décomposition. Les organismes utilisent ces voies pour communiquer entre eux et relayer les ordres qui amèneront de nombreux autres gènes ou protéines à mener à bien ce travail.

Les outils

L'équipe de Charles Greer a exploité les résultats de ces travaux et mis au point une technique d'analyse des jeux de micro-échantillons d'ADN (biopuces) qui accélérera la découverte de bactéries capables de dépolluer le sol aux endroits contaminés et qui accroîtra la précision de cette recherche. Un jeu de micro-échantillons est en fait une puce de silicium sur laquelle les circuits électroniques imprimés ont été remplacés par un grand nombre de gènes. Les biotechnologistes se servent abondamment de cette technique pour leurs tests en génétique, par exemple pour déterminer quels gènes sont « activés » dans telle ou telle situation ou pour établir si un échantillon correspond bien au matériel génétique sur la puce. L'IRB-CNRC est le premier à recourir aux jeux de biopuces pour analyser les sites contaminés et étudier l'évolution des gènes pendant la restauration du sol.

« Nous avons créé des outils spéciaux comme des jeux de micro-échantillons pour voir ce qui se passe dans les environnements complexes, pour repérer un gène précis, par exemple, ou, plus spécifiquement, l'enzyme à l'origine d'une importante fonction. Ainsi, cet enzyme pourrait intervenir dans la transformation d'un polluant en composé utilisable ou dans les processus des cycles géochimiques », estime-t-il. Grâce aux outils mis au point par les membres de son équipe, d'autres chercheurs peuvent prélever un échantillon de sol, en extraire tout l'ADN et employer les jeux de biopuces pour déterminer si le sol renferme les gènes désirés. Armés de cette information, les chercheurs n'ont alors plus qu'à échafauder le programme de restauration approprié.

Les expériences de M. Greer sur l'île Ellesmere et à d'autres sites contaminés du Canada font aussi appel à des stratégies qui modifient l'équilibre de la population d'unicellulaires dans le sol afin d'accélérer la biorestauration. Parfois, cela signifie enrichir le sol pour accroître le degré d'activité des bactéries ou, dans certains cas, introduire des microorganismes naturels aux propriétés souhaitables à l'endroit qu'on aimerait décontaminer. « Nous essayons d'amener les microorganismes présents dans le sol à travailler mieux, plus dur et plus vite », termine le chercheur.

Les travaux se poursuivent et ce faisant, les chercheurs donnent un petit coup de pouce à la nature.


Renseignements : Relations avec les médias
Conseil national de recherches Canada
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