Dans les eaux chaudes en été du lac Érié, des cyanobactéries ou des algues bleu-vert, peuvent proliférer hors de contrôle, créant des fleurs d’algues qui produisent des toxines à un rythme qui peuvent nuire à la faune et à la santé humaine.
Maintenant, les chercheurs de l’Université du Michigan ont identifié l’organisme responsable de la production des toxines: un type de cyanobactéries appelé Dolichospermum.
Les fleurs nocives d’algues, ou HAB, peuvent être composées de différents types de cyanobactéries, qui peuvent produire différents types de toxines. Savoir quels cyanobactéries produisent, les toxines peuvent aider les scientifiques à suivre et à répondre aux fleurs d’algues nocives.
Une floraison en 2014 a produit une toxine appelée microcystine, qui a menacé l’approvisionnement en eau potable de Tolède. En 2007, les scientifiques ont d’abord détecté des preuves d’une puissante toxine appelée saxitoxine dans le lac Érié, mais ils ne savaient pas quel organisme l’a produit. Les saxitoxines, un groupe de neurotoxines étroitement apparentées, sont parmi les toxines naturelles les plus puissantes connues.
« Le principal avantage de savoir quel organisme produit la toxine est qu’il nous aide à comprendre les conditions qui provoquent la production de toxines – c’est-à-dire quelles conditions font réussir ces organismes », a déclaré Gregory Dick, professeur de terre et de sciences environnementales et d’environnement et de durabilité. « Ces informations peuvent aider à guider la politique et la gestion, bien que nous soyons encore loin de cela dans ce cas. »
Pour identifier les cyanobactéries, les chercheurs UM ont prélevé des échantillons de HAB comme ils se sont produits dans le lac. Ensuite, le premier auteur Paul Den Uyl a utilisé ce qu’on appelle le séquençage « fusil de chasse ». Cette méthode séquence tout l’ADN dans un échantillon donné de Lakewater. Den Uyl a utilisé ces séquences d’ADN pour reconstituer une séquence de génome entière, puis recherché dans cette séquence des gènes qui codent pour la saxitoxine de toxine.
Les chercheurs ont constaté qu’il y avait plusieurs souches de Dolichospermum dans le lac, mais seules certaines d’entre elles produisent de la saxitoxine. Bien qu’ils ne sachent pas pourquoi certains produisent la toxine et d’autres non, les chercheurs ont tenté d’analyser les facteurs environnementaux qui favorisent la production de saxitoxine.
Pour ce faire, ils ont prélevé des échantillons à différents endroits sur le lac tout au long de chaque saison et ont quantifié la part du gène associé à la saxitoxine dans chaque échantillon. Les chercheurs avaient tendance à trouver plus de gène dans l’eau chaude.
« C’est intéressant parce que nous savons que les lacs changent avec le changement climatique », a déclaré Den Uyl, un scientifique de l’Institut coopératif de l’UM pour la recherche sur les Grands Lacs, ou Ciglr. « Avec le réchauffement des lacs, l’une des grandes questions est, comment cela va-t-il changer les communautés biologiques, y compris les fleurs cyanobactériennes nocives? »
Les chercheurs ont également constaté que le gène associé à la production de saxitoxine était moins susceptible d’être dans des domaines qui avaient des concentrations plus élevées d’ammonium. Ils pensent que cela peut être dû au fait que Dolichospermum a une adaptation inhabituelle: il a un gène qui suggère qu’il peut utiliser de l’azote sous forme de dinitrogen, qui est abondant dans l’atmosphère – pas quelque chose que beaucoup d’organismes peuvent faire, selon Dick.
« L’une des choses intéressantes d’avoir tout le génome est que vous pouvez voir tout ce que l’organisme peut faire, du moins théoriquement », a déclaré Dick, qui est également directeur de Ciglr. « Vous avez le plan entier pour ce que l’organisme peut faire, et nous voyons la capacité d’obtenir de l’azote fixe de l’eau. C’est juste que l’obtenir sous forme de gaz de dinitrogen est une sorte de superpuissance. Pas beaucoup d’organismes peuvent le faire, et cela les rend plus compétitifs dans ces conditions. »
Les chercheurs disent qu’ils suivent la saxitoxine dans le lac depuis neuf ans, mais cela ne fournit pas suffisamment de données pour dire si la production de saxitoxine augmentera à mesure que les lacs se réchauffent.
« Mais maintenant que nous savons qui le produit, je pense que nous pouvons surveiller ces organismes et 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 si elle devient plus abondante. C’est juste une corrélation, mais cette corrélation avec la température est préoccupante. »
Leurs résultats sont publiés dans la revue Sciences et technologie de l’environnement.