Échantillonneur d'ADNe compact et automatisé pour la surveillance in situ des environnements marins

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 5210 (2023) Citer cet article

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L’utilisation de l’ADN environnemental (ADNe) pour surveiller la biodiversité des milieux aquatiques devient une alternative efficace et rentable à d’autres méthodes telles que l’identification visuelle et acoustique. Jusqu'à récemment, l'échantillonnage de l'ADNe était réalisé principalement par des méthodes d'échantillonnage manuelles ; cependant, avec les progrès technologiques, des échantillonneurs automatisés sont en cours de développement pour rendre l'échantillonnage plus facile et plus accessible. Cet article décrit un nouvel échantillonneur d’ADNe capable de capturer et de préserver l’auto-nettoyage et plusieurs échantillons, le tout au sein d’une seule unité pouvant être déployée par une seule personne. Le premier test sur le terrain de cet échantillonneur a eu lieu dans le bassin de Bedford, en Nouvelle-Écosse, au Canada, parallèlement à des échantillons parallèles prélevés à l'aide de la méthode typique de collecte en bouteille Niskin et de filtration post-collecte. Les deux méthodes ont permis de capturer la même communauté microbienne aquatique et les décomptes de séquences d'ADN représentatives étaient bien corrélés entre les méthodes avec des valeurs R\(^{2}\) allant de 0,71 à 0,93. Les deux méthodes de collecte ont renvoyé les mêmes 10 principales familles avec une abondance relative presque identique, démontrant que l'échantillonneur était capable de capturer la même composition communautaire de microbes communs que le Niskin. L'échantillonneur d'ADNe présenté offre une alternative robuste aux méthodes d'échantillonnage manuelles, se prête aux contraintes de charge utile des véhicules autonomes et facilitera la surveillance persistante des sites distants et inaccessibles.

L'activité humaine croissante dans les environnements aquatiques a suscité des inquiétudes quant aux effets anthropiques provoquant des problèmes tels que l'hypoxie, l'acidification des océans et l'eutrophisation causées par l'augmentation de la charge en nutriments1. Ces impacts peuvent entraver la croissance de certains organismes tels que les espèces marines calcifiantes, dont les coquilles et les squelettes peuvent être affectés par l'acidification2 et favoriser la croissance d'autres espèces, notamment celles qui provoquent des proliférations d'algues nuisibles (HAB) qui nuisent aux poissons ainsi qu'à l'économie humaine3, 4. L'échelle de temps de ces changements et leurs impacts consécutifs peuvent varier de quelques heures à plusieurs années, et comme chaque écosystème est unique, les changements peuvent être difficiles à suivre, ce qui nécessite des observations in situ résolues dans le temps afin d'évaluer correctement les changements.

Les programmes de surveillance biologique se sont traditionnellement concentrés sur l'identification manuelle des principaux groupes taxonomiques d'intérêt ; cependant, ces programmes peuvent prendre du temps et nécessiter une formation spéciale en identification taxonomique. Ces dernières années, avec la diminution du coût du séquençage de l’ADN et la taille croissante des bases de données d’acides nucléiques, l’ADN environnemental (ADNe) est de plus en plus utilisé comme indicateur de la biodiversité dans les programmes de surveillance biologique5. La surveillance de l'ADNe implique l'étude de tout l'ADN présent dans l'environnement6 et présente de nombreux avantages car elle est non invasive et largement applicable au microbiote et aux métazoaires en utilisant une suite de méthodes analytiques en évolution rapide, depuis l'extraction sensible de l'ADN jusqu'à la détection de séquences de codes-barres uniques7. De nombreuses études ont démontré la valeur de l’ADNe pour étudier la diversité microbienne, compte tenu de l’importance de leur rôle dans la production primaire par le phytoplancton et dans le cycle biogéochimique de la matière organique morte. Par exemple, la biosurveillance du microbiote en milieu aquacole a démontré l’utilité de l’ADNe pour détecter la réponse microbienne rapide aux perturbations environnementales et évaluer les stratégies de gestion pour une industrie aquacole durable8,9,10. En outre, un nombre croissant d’études ont démontré le rôle important que l’ADNe est destiné à jouer dans la surveillance environnementale de la biodiversité des poissons11, le suivi des mammifères marins12 et d’autres aspects de la biologie de la conservation13.

Les méthodes actuelles d'échantillonnage de l'ADNe nécessitent souvent beaucoup de main-d'œuvre, impliquant la collecte d'échantillons à l'aide de bouteilles Niskin ou d'un équipement similaire, suivies d'étapes de filtration et de conservation séparées, utilisant souvent respectivement une pompe péristaltique et un congélateur. Les composants manuels de l’échantillonnage et de l’analyse de l’ADNe limitent son utilisation dans des contextes éloignés ou dans des contextes où des échantillons réguliers doivent être prélevés, et nécessitent une personne formée pour effectuer le processus. L'extension de l'applicabilité des méthodes eDNA à des problèmes plus difficiles nécessite une automatisation, notamment le développement d'équipements d'échantillonnage automatisés. Les échantillonneurs récemment développés vont des systèmes à filtre unique aux systèmes multi-filtres plus complexes, chacun variant en termes de paramètres tels que la durée de déploiement, la profondeur maximale et les produits chimiques/conservateurs utilisés. Une liste représentative des échantillonneurs d’ADNe actuels, disponibles dans le commerce et des prototypes de recherche, est présentée dans le tableau 1.