La santé des puces d'eau communes comme celle-ci est examinée par des chercheurs de l'Université de Toronto à l'aide d'un instrument puissant appelé spectromètre de masse en tandem. Crédit :Don Campbell
Des chercheurs de l'Université de Toronto développent un système d'alerte précoce pour la qualité de l'eau et la pollution qui combine de minuscules puces d'eau et un instrument si sensible qu'il est capable de détecter les changements au niveau moléculaire.
La technique développée par Myrna Simpson, professeur au département des sciences physiques et environnementales de l'Université de Toronto, et le chercheur post-doctoral Tae-Yong Jeong utilise ce qu'on appelle la métabolomique pour étudier la santé des puces d'eau communes (daphnia). Il utilise un instrument puissant appelé spectromètre de masse en tandem pour offrir une fenêtre sur les processus biochimiques qui se déroulent à l'intérieur des Daphnia lorsqu'elles sont exposées à différentes conditions d'eau.
"La métabolomique est vraiment dynamique - elle vous permet de détecter les changements biochimiques dans les tissus et les cellules presque instantanément, " dit Simpson.
La technique peut être incorporée dans ce qu'on appelle le système d'alerte biologique précoce pour la pollution de l'eau, ce qui implique d'examiner comment les organismes réagissent biologiquement aux changements de la qualité de l'eau. Les organismes utilisés dans le système ont généralement une réponse rapide aux polluants et aux changements de nutriments, la technique est donc utile pour la surveillance continue de la qualité de l'eau.
"La santé des lacs, les rivières et les ruisseaux sont constamment menacés par les activités humaines, et qui peuvent changer rapidement les conditions nutritionnelles, pH et qualité de l'eau des écosystèmes, " dit Simpson.
Le défi est qu'il n'y a pas eu de méthode rapide et facile pour surveiller régulièrement ces environnements. Les tests de reproduction actuels sur Daphnia peuvent prendre jusqu'à 21 jours, dit Simpson. Une approche métabolomique, d'autre part, peut être fait en quelques minutes à quelques heures, et même pendant toute la durée de vie de l'organisme.
« Les techniques de surveillance actuelles sont longues et laborieuses, " dit Simpson, dont les recherches portent sur l'impact des changements environnementaux dans le sol et l'eau au niveau moléculaire.
« En Ontario, il y a tellement de lacs et de rivières d'eau douce que vous ne pouvez pas simplement recueillir et traiter des échantillons assez rapidement.
La professeure Myrna Simpson et la stagiaire postdoctorale Tae-Yong Jeong développent un système d'alerte précoce pour la pollution de l'eau qui utilise de minuscules puces d'eau. Crédit :Don Campbell
Des approches métabolomiques pour surveiller la santé humaine et environnementale ont été développées dans le passé, mais c'est la première fois qu'il est testé pour une utilisation dans le système d'alerte biologique précoce.
La technique est si granulaire qu'elle peut détecter des niveaux de picogrammes (un trillionième de gramme) de métabolites dans un échantillon. Simpson dit que par rapport à d'autres mesures "omiques" très sensibles comme la génomique (gènes) ou la protéomique (protéines), la métabolomique est moins chère, plus facile et plus rapide.
Le temps et la sensibilité sont cruciaux lorsqu'il s'agit de surveiller la qualité de l'eau, note Jeong. Une fois les Daphnies exposées aux polluants, la toxicité peut commencer à les altérer fondamentalement au niveau moléculaire, affectant les niveaux d'énergie, capacité à se reproduire et à provoquer des changements génétiques.
"Si les Daphnies ne sont pas heureuses parce qu'elles sont affectées par la pollution, vous le verrez en cascade tout au long de la chaîne alimentaire, " il dit.
« Ils sont idéaux pour étudier la pollution de l'eau car, en tant qu'organisme clé, ils sont représentatifs de ce qui se passe dans leur environnement."
La recherche, qui a reçu un financement de la Fondation Krembil et du ministère de l'Environnement de l'Ontario, Conservation et Parcs, est publié dans la revue Recherche sur l'eau .
Le couple a également rédigé un deuxième article sur la façon dont les métabolites peuvent fluctuer au cours de la durée de vie de Daphnia, qui est publié dans la revue Sciences et technologies de l'environnement .
Puisque la métabolomique est si sensible, une prochaine étape importante pour les chercheurs est de comprendre comment faire la différence entre de légers changements métaboliques causés par la pollution et des variations plus extrêmes.
"Nous devons définir ce qu'est un petit changement dans le métabolisme par rapport à un très grand changement qui, nous le savons, va se manifester dans quelque chose de bien pire, " dit Simpson.
