Dans le monde d'aujourd'hui, où la pollution et la contamination ont fréquemment un impact négatif sur nos ressources naturelles, il est essentiel de maintenir des tests réguliers et réglementés des produits chimiques, toxines, ou d'autres formes de contamination. Cependant, pour le faire correctement, nous avons besoin des bons outils et méthodes pour pouvoir reconnaître quand les conditions ne sont pas idéales.

Tester les écosystèmes aquatiques

Les écosystèmes d'eau douce sont particulièrement importants à surveiller, car ils constituent la principale ressource en eau potable pour l'homme et les autres organismes, en plus d'abriter une grande diversité d'espèces aquatiques. Il est également important d'évaluer régulièrement la qualité de l'eau pour s'assurer que les plans d'eau respectent les normes de santé environnementale attendues.

Il existe de nombreuses méthodes pour tester la qualité de l'eau. Par exemple, enquêter sur la santé des microalgues unicellulaires, organismes photosynthétiques, peut nous en dire long sur la présence de contaminants. Les microalgues sont à la base de la chaîne alimentaire aquatique, donc des changements dans l'abondance de cette espèce ou leurs taux de reproduction, pourrait avoir des effets plus haut dans la chaîne alimentaire et éventuellement perturber la productivité de l'ensemble de l'écosystème. Des tests de toxicité des microalgues sont nécessaires pour analyser la toxicité des substances potentiellement dangereuses dans le milieu aquatique, Cependant, ces tests n'illustrent souvent pas l'impact physique des toxines sur les cellules de microalgues.

De nombreuses espèces de microalgues habitent les écosystèmes d'eau douce, cependant, la microalgue verte Raphidocelis subcapitata est l'une des plus utilisées dans les essais dits biologiques (l'évaluation de la concentration ou de la puissance d'une substance par ses effets sur les cellules ou les tissus vivants). Comme la plupart des microalgues, R. subcapitata a un temps de génération court, ce qui signifie que les nouvelles cellules sont répliquées rapidement, et est facile à cultiver en laboratoire. Actuellement, la plupart des essais biologiques de toxicité des microalgues utilisent la croissance et la viabilité cellulaire comme indicateurs de toxicité dans leur environnement. Bien que ces paramètres indiquent comment se porte la population de microalgues et soient pertinents sur le plan écologique, ils ne fournissent aucune information sur la façon dont les contaminants perturbent des processus biologiques spécifiques dans les cellules d'algues. Pour les scientifiques, régulateurs, et écologiste, une mesure plus détaillée de la santé des cellules d'algues individuelles peut fournir des signes avant-coureurs d'une possible contamination dangereuse, améliorant ainsi les efforts de surveillance de manière significative par rapport aux paramètres habituels basés sur la population.

Étant donné que la santé de l'environnement est essentielle au développement de cette microalgue, il est important de comprendre comment différents types de composés provoquent une réponse physiologique dans les cellules, et quels processus biologiques pourraient être affectés. En coopération avec l'Université d'Osijek en Croatie, des scientifiques de l'Institut norvégien de recherche sur l'eau (NIVA) ont développé un modèle pour identifier les effets des composés dans différentes eaux en bouteille disponibles dans le commerce sur différents processus cellulaires de R. subcapitata. Les résultats ont été récemment publiés dans la revue scientifique Science de l'environnement total . R. subcapitata a été cultivé dans huit eaux embouteillées disponibles dans le commerce (quatre de Norvège, quatre de Croatie) jusqu'à 72 heures. À la fin, les cellules d'algues ont été échantillonnées et analysées pour les changements de croissance, taille et complexité des cellules, densité pigmentaire, teneur en ADN, viabilité cellulaire, ainsi que la capacité d'effectuer la photosynthèse. Les paramètres ont été comparés entre les différentes eaux en bouteille, et à un contrôle, cultivées dans un milieu de croissance standardisé également utilisé dans les essais biologiques sur les algues.

Tester les eaux

Avant de les utiliser pour faire pousser des algues, l'analyse chimique des différentes eaux en bouteille a révélé une nette distinction entre les eaux norvégiennes et croates en termes de composition minérale. Alors que les eaux norvégiennes avaient une composition chimique qui les classait comme eaux « douces », les eaux croates étaient « modérément dures » ou « dures ». Cette différence de composition minérale a eu des effets sur la santé globale des cellules de microalgues cultivées dans chaque type d'eau.

Comme il s'avère, la composition chimique des eaux norvégiennes a permis aux microalgues de croître de manière similaire ou supérieure à celle du groupe témoin. Taille et complexité des cellules, les deux sont révélateurs de la façon dont une cellule se développe, étaient similaires entre les microalgues cultivées dans les eaux norvégiennes et le témoin. Globalement, les cultures de R. subcapitata cultivées dans des eaux embouteillées norvégiennes semblaient en bon état sanitaire selon les différents outils d'analyse utilisés.

Inversement, les microalgues cultivées dans les eaux embouteillées de Croatie n'ont pas poussé aussi bien que celles de Norvège et se sont avérées croître de moitié aussi bien que le témoin. Il y avait aussi une corrélation inverse entre le taux de croissance et la teneur en pigment dans les cellules, ce qui signifie que plus le taux de croissance est faible, plus ils avaient de pigmentation. Bien que cela puisse sembler être un effet positif, des niveaux plus élevés de pigmentation ont déjà été observés chez des microalgues affectées par la toxicité des métaux dans un environnement contaminé. Ainsi, les résultats ici pourraient indiquer que les microalgues dans les eaux croates répondaient aux différents éléments essentiels présents dans ces eaux. Même si ces produits chimiques sont nécessaires à la croissance des microalgues, ils peuvent avoir des effets nocifs s'ils sont présents à des concentrations élevées. En plus du taux de croissance plus faible, la taille et la complexité des cellules ont également diminué chez les microalgues cultivées dans l'eau croate, tout comme la viabilité cellulaire.

"Globalement, l'étude montre que l'eau en bouteille de Croatie est un milieu plus pauvre pour faire pousser des microalgues, ou au moins l'espèce R. subcapitata, par rapport aux eaux embouteillées norvégiennes, " dit Ana Catarina Almeida, chercheur au NIVA et premier auteur de l'article.

Les scientifiques ont également effectué un criblage ciblé des différents échantillons d'eau en bouteille par rapport à une large liste de 1442 composés (principalement des produits pharmaceutiques, pesticides et drogues illicites). L'analyse qualitative des échantillons par rapport aux produits chimiques présents dans la bibliothèque de composés n'a trouvé aucune correspondance positive, confirmant que les eaux croates et norvégiennes sont sans danger pour la consommation.

"Notre étude souligne l'importance d'utiliser des outils appropriés et d'avoir un modèle correct pour évaluer la santé de différents organismes, " conclut Almeida.

Le niveau de détail accru avec lequel les scientifiques ont pu observer les cellules d'algues montre à quel point il est important d'étudier ces paramètres, ainsi que ceux basés sur la population qui sont généralement mis en œuvre. À la surface, les deux groupes d'eaux embouteillées semblent de qualité similaire pour la croissance des algues, mais lors de l'étude des processus physiques se produisant dans les cellules individuelles, il devient clair qu'ils sont différents. Cette distinction peut aider à la conservation des milieux aquatiques, puisque les algues peuvent agir comme des sentinelles, indiquant la présence de contamination et de pollution avant que les effets ne s'accumulent plus haut dans la chaîne alimentaire.