L'ADN environnemental : des "codes-barres" pour tracer la biodiversité

Pister les organismes grâce à leur ADN

Dès les années 1980, des échantillons collectés dans l’environnement ont permis d’étudier les micro-organismes invisibles qu’ils contenaient, via l’analyse de leurs génomes (l'ensemble des gènes contenus dans une cellule de l'organisme). Cette approche, développée grâce aux progrès des techniques de séquençage et des outils informatiques, a donné naissance à la métagénomique, c’est-à-dire l’étude à large échelle des génomes (séquençage : décryptage de l'information génétique/l'enchaînement des éléments constitutifs de l'ADN, les nucléotides).

Mais s’il y a des micro-organismes un peu partout, ils ne sont pas les seules sources d’ADN dans l’environnement : mucus, peaux mortes, poils, carcasses, déjections, etc., tous les Êtres vivants, quelle que soit leur taille, laissent des traces de leur passage. Et celles-ci peuvent contenir de l’ADN permettant de suivre leur présence, ce qui a été démontré pour la première fois en 2008 par une équipe du Laboratoire d’écologie alpine de Grenoble (département de l'Isère, région Auvergne Rhône-Alpes), qui a identifié l’ADN d'une espèce d'Amphibien dans différentes mares : la Grenouille-taureau (aussi appelée Ouaouaron). 

L’ADNe (ADN environnemental) est donc également un outil de suivi des populations de macro-organismes, dont l’efficacité a été démontrée dans de nombreux milieux, des sédiments aux fonds marins, jusqu’à l’air lui-même !
Deux études publiées au début de l'année 2022 ont prouvé qu’en aspirant de l’air dans des zoos et en analysant son contenu en ADN, il est possible d’identifier des dizaines d’espèces d’Animaux vivant dans ou à proximité de ces zoos, comme dans celui situé à Hamerton, près de Sawtry, dans le Huntingdonshire, en Angleterre :

Plan commenté tiré de l’étude réalisée au zoo d’Hamerton, montrant les différentes espèces identifiées par étude de l’ADNe récupéré dans l’air. Les couleurs indiquent le type d’espèce (en jaune, celles utilisées pour nourrir les résidents du zoo), la taille des disques symbolise le niveau de détection de chaque espèce.

Faire parler l’ADN environnemental

Une fois récupéré dans l’environnement, l'ADN doit être analysé.

1. On peut séquencer l’ensemble de l’ADN ("métagénomique globale") pour tenter d’identifier un maximum des génomes présents. Cette approche est adaptée à l’étude des micro-organismes, qui sont directement contenus dans l’échantillon et dont l’ADN est donc bien préservés et présents en grandes quantités. Elle est moins pertinente pour les macro-organismes, dont l’ADN est plus rare et plus abîmé dans l’environnement, se trouvant généralement sous la forme de fragments de quelques dizaines à quelques milliers de nucléotides de long.

2. L’analyse de ce type d’ADNe repose sur l’utilisation de codes-barres moléculaires (barcodes), des séquences génétiques, permettant d’identifier une espèce ou une catégorie d’organismes. Celles-ci doivent être assez courtes pour être repérables dans de l’ADN naturellement fragmenté. Ces séquences "codes-barres" sont amplifiées spécifiquement par PCR (réaction de polymérisation en chaîne), puis séquencées et analysées. Elles peuvent être plus ou moins spécifiques, permettant de suivre une espèce unique, un ensemble d’espèces proches ou de répertorier plus largement la biodiversité d’un environnement. Selon l’amplitude choisie, on parle de barcoding ou de metabarcoding, qui est une forme de métagénomique ciblée.

3. L’analyse repose ensuite sur la comparaison des codes-barres obtenus avec ceux répertoriés dans des bases de données. Celles-ci sont plus ou moins bien alimentées selon les domaines, ce qui représente un des points faibles de l’étude de l’ADNe : plus les bases de données seront riches, moins les analyses seront limitées. L’accumulation de nouvelles données fait progressivement évoluer la situation.