Une nouvelle recherche révèle l’organisme caché derrière les proliférations toxiques du lac Érié
Pendant les mois chauds, le lac Érié devient un cadre idéal pour la croissance rapide des cyanobactéries, également connues sous le nom d’algues bleu-vert. Dans ces conditions, les algues peuvent former de grandes proliférations qui libèrent des toxines à des niveaux susceptibles de nuire à la fois à la faune et aux humains.
Des chercheurs de l’Université du Michigan ont désormais identifié l’organisme responsable de la production de ces toxines. Leurs travaux identifient un type particulier de cyanobactérie, connu sous le nom de Dolichospermum, comme source.
Les proliférations d’algues nuisibles, ou HAB, peuvent être constituées de nombreuses espèces de cyanobactéries, chacune capable de générer différentes toxines. Il est important de déterminer quelle espèce produit quelle toxine pour surveiller, prévoir et gérer les épisodes de prolifération.
Retrouver la source de la microcystine et de la saxitoxine
Une prolifération majeure en 2014 a généré la toxine microcystine et a constitué une menace sérieuse pour l’approvisionnement en eau potable de Tolède. Plus tôt, en 2007, des scientifiques avaient détecté des signes d’une toxine extrêmement puissante appelée saxitoxine dans le lac Érié, même si sa source biologique restait inconnue. Les saxitoxines appartiennent à un groupe de neurotoxines étroitement apparentées qui sont considérées comme parmi les toxines naturelles les plus puissantes.
“Le principal avantage de savoir quel organisme produit la toxine est que cela nous aide à comprendre les conditions qui provoquent la production de toxines, c’est-à-dire quelles sont les conditions qui assurent le succès de ces organismes”, a déclaré Gregory Dick, professeur de sciences de la terre et de l’environnement et d’environnement et de durabilité. “De telles informations peuvent aider à orienter la politique et la gestion, même si nous en sommes encore loin dans ce cas.”
Utilisation du séquençage de l’ADN pour identifier le producteur de toxines
Pour déterminer quel organisme était responsable de la saxitoxine, l’équipe de l’UM a collecté des échantillons directement auprès des HAB dès leur apparition dans le lac. L’auteur principal, Paul Den Uyl, a appliqué le séquençage “shotgun”, une technique qui lit tout l’ADN présent dans un échantillon d’eau. Avec ces séquences, il a reconstruit un génome complet, puis a recherché dans ce génome les gènes impliqués dans la fabrication de la saxitoxine.
Leur analyse a révélé plusieurs souches de Dolichospermum vivant dans le lac Érié. Cependant, seules certaines souches étaient capables de produire de la saxitoxine. Bien que la raison de cette différence ne soit pas encore claire, les chercheurs ont commencé à examiner les conditions environnementales susceptibles d’influencer la production de toxines.
Indices environnementaux sur la température et les niveaux de nutriments
L’équipe a collecté des échantillons sur plusieurs sites du lac Érié tout au long de l’année et a mesuré la quantité de gène lié à la saxitoxine apparaissant dans chaque échantillon. Ils ont souvent détecté des niveaux plus élevés de ce gène dans l’eau plus chaude.
“C’est intéressant parce que nous savons que les lacs changent avec le changement climatique”, a déclaré Den Uyl, scientifique à l’Institut coopératif de recherche sur les Grands Lacs de l’UM, ou CIGLR. “Avec le réchauffement des lacs, l’une des grandes questions est de savoir comment cela va-t-il changer les communautés biologiques, y compris les proliférations de cyanobactéries nuisibles ?”
Ils ont également observé que le gène lié à la saxitoxine était moins courant dans les zones présentant des niveaux élevés d’ammonium. L’équipe soupçonne que ce schéma pourrait être lié à une caractéristique distinctive du Dolichospermum : la présence d’un gène qui suggère qu’il peut utiliser l’azote sous forme de diazote, un gaz atmosphérique abondant. Selon Dick, seul un nombre limité d’organismes peuvent utiliser l’azote sous cette forme, ce qui confère à Dolichospermum un avantage concurrentiel dans certaines conditions.
“L’un des avantages d’avoir le génome entier est que vous pouvez voir tout ce que l’organisme peut faire, du moins en théorie”, a déclaré Dick, qui est également directeur du CIGLR. “Vous avez tout le plan de ce que l’organisme peut faire, et nous voyons la capacité d’obtenir de l’azote fixe à partir de l’eau. C’est juste que l’obtenir sous forme de diazote gazeux est une sorte de super pouvoir. Peu d’organismes peuvent le faire, et cela les rend plus compétitifs dans ces conditions.”
Surveillance des risques à long terme dans un lac en évolution
Selon les chercheurs, ils ont surveillé la saxitoxine dans le lac pendant neuf ans, mais cette période est trop courte pour déterminer si les niveaux de toxines augmenteront à mesure que le climat continue de se réchauffer.
“Mais maintenant que nous savons qui le produit, je pense que nous pouvons mieux surveiller ces organismes et que nous pouvons également évaluer directement l’abondance des gènes au fil du temps”, a déclaré Dick. “Nous prévoyons de continuer à surveiller l’abondance de cet organisme, mais il est trop tôt pour dire s’il devient plus abondant. C’est juste une corrélation, mais cette corrélation avec la température est préoccupante.”
Leur étude paraît dans la revue Sciences et technologies environnementales.
