Une technique d’inventaire de la biodiversité grâce à l’ADN environnemental

Tous les organismes vivants perdent leurs cellules dans l’environnement, que ce soit à travers leurs urines, leurs fèces, leurs salives, leurs mucus… Les êtres humains vont par exemple perdre, en moyenne au cours de leur vie, 18 kg de peau, avec à l’intérieur des milliards de cellules. Créée en 2011, la start-up Spygen a développé une technologie pour identifier des espèces grâce aux traces d’ADN qu’elles laissent dans l’environnement, et plus particulièrement dans l’eau. Cette méthode, appelée ADN environnemental (ADNe), permet notamment un meilleur suivi des espèces rares ou discrètes et vise à renforcer les opérations de veille environnementale. Vincent Prié, directeur de projets de l’entreprise, nous dévoile cette technique d’inventaire de la biodiversité.

Techniques de l’Ingénieur : Comment l’ADN des différentes espèces présentes dans l’eau est-il prélevé ?

Vincent Prié : Nous avons mis en place un protocole d’échantillonnage qui consiste à prélever à chaque fois de deux fois 30 litres d’eau, puis à utiliser un filtre de 500 cm², d’un diamètre de 45 microns. Ce protocole permet de répondre à la rareté des fragments d’ADN et des espèces présents dans le milieu. Par exemple, dans le Rhône, certaines espèces sont très présentes, comme le chevesne, un gros poisson, mais d’autres sont beaucoup plus rares, comme l’apron du Rhône. Il ne mesure que 10 cm et il n’y en a peut-être qu’un seul tous les kilomètres. Grâce à notre protocole, nous sommes capables d’inventorier environ 95 % des espèces présentes dans l’eau des rivières, des fleuves, des lacs…

Comment faites-vous pour identifier les espèces à partir de ces fragments d’ADN ?

Ces fragments d’ADN se dégradent très vite dans l’eau, en une quinzaine de jours environ. C’est une bonne chose, car cela permet d’avoir une image actuelle de la faune, alors que s’ils étaient présents plusieurs années, le résultat serait faussé. Autre particularité : ces fragments se déposent sur des particules avant qu’elles ne se sédimentent au fond de la rivière. Là encore, c’est une bonne chose, car cela évite de retrouver des fragments d’ADN déposés à la source du Rhône et qui se retrouvent quinze jours plus tard en méditerranée avec la vitesse du courant.

Par contre, toute la difficulté est de parvenir à les capter avant qu’ils ne soient trop dégradés, puis de faire la relation entre un fragment d’ADN dégradé et une espèce. Chaque espèce à une signature génétique et aujourd’hui, grâce au code-barres, il est possible de les qualifier à partir d’un gène standard. Par exemple, celui du CO1 possède 658 paires de bases, mais dans le milieu, l’ADN est coupé en petits morceaux. Du coup, nous cherchons des endroits sur les gènes qui sont différents entre chaque espèce. En moyenne, nous sommes capables d’identifier une espèce avec 150 paires de bases. Et en général, notre recherche se fait à un autre endroit du génome que celui du CO1, comme sur le gène 16S dans le cas des bivalves ou le 12S pour les poissons.

Quels sont les avantages de votre méthode ?

Sur les poissons, les bivalves, les amphibiens…, le taux de détection est très élevé, environ 95 %. Ensuite, notre technique se révèle efficace dans des milieux très complexes. Avant d’intégrer Spygen, j’étais plongeur et j’allais à la recherche de bivalves dans des rivières parfois très profondes où la visibilité était quasi nulle. Cette méthode d’inventaire des espèces est difficile à mettre en œuvre et peut se révéler dangereuse ; c’est pourquoi deux plongeurs travaillent toujours côte à côte. Notre méthode présente l’avantage d’être facile d’emploi et intéresse beaucoup les bureaux d’études qui redoutent les accidents. De plus, elle est beaucoup moins coûteuse. Faire appel à deux plongeurs coûte environ 1 400 euros par jour et plusieurs jours seront nécessaires pour réaliser un inventaire correct. En comparaison, notre technique ne coûte qu’environ 1 000 euros.

Dernier élément, la détermination de certaines espèces est parfois très difficile, comme c’est le cas avec les bivalves, puisqu’il n’y a plus qu’une ou deux personnes en France capables de les identifier correctement. Avec l’ADN environnemental, on est sûr de ne pas se tromper.

Et les limites ?

Nous n’avons pas d’information sur l’abondance des espèces, ni sur leurs caractéristiques. Nous y travaillons actuellement, mais c’est compliqué. Pour comprendre l’intérêt de notre méthode, on peut prendre l’image des odeurs et de la chasse. Le chasseur, avec l’aide de ses chiens, va identifier une odeur de chevreuil, mais ne sait pas exactement où se trouve l’animal, s’il est seul ou pas, ni si c’est un mâle ou une femelle. Il commence par l’odeur, puis s’il sent quelque chose, il va fouiller en se déplaçant sur place. Avec l’ADN environnemental, c’est un peu la même chose, la méthode donne un panel des espèces présentes, mais si l’on souhaite connaître la taille de la population, l’état sanitaire des individus (jeune, mâle, femelle…), il faut basculer sur des méthodes traditionnelles. Elles conservent donc tout leur intérêt, mais au moins avant de les utiliser, on sait à quel endroit il y a de fortes chances de trouver les espèces que l’on recherche.

Présentez-nous le projet d’observatoire mondial du vivant

Nous participons à un projet appelé Vigilive dont l’ambition est de réaliser l’inventaire et le suivi de la biodiversité dans le monde. Il regroupe de nombreux scientifiques à l’échelle internationale, issus d’institutions publiques, d’entreprises, d’organisations non gouvernementales… Ces scientifiques réalisent des prélèvements d’ADN dans le respect du protocole d’échantillonnage que nous avons mis en place, puis notre laboratoire réalise les analyses. Une plateforme cartographique a été créée et mise en ligne pour rassembler, gérer et analyser les données de la biodiversité.

Par exemple, je suis en charge de l’inventaire des 30 plus grands fleuves dans le monde. L’année dernière, nous nous sommes déplacés en pirogue sur le fleuve Maroni en Guyane long de 600 km et avons réalisé 57 échantillonnages, soit quasiment un tous les 10 km. En 2021, nous avons ainsi pu réaliser une photographie moléculaire du fleuve et des espèces présentes. Étant donné que ce travail avait déjà été réalisé en 2017, c’est la première fois que nous pouvons suivre l’évolution de la biodiversité de ce fleuve sur 4 années.