Sur cette photo, des dingos du zoo de Hamerton, au Royaume-Uni, regardent avec curiosité l’équipement d’échantillonnage de l’air. Crédit : Elizabeth Clare
L’air d’un zoo est plein d’odeurs, du poisson utilisé pour l’alimentation au fumier des herbivores, mais nous savons maintenant qu’il est aussi plein de… ADN des animaux qui y vivent. Dans le journal Current Biology le 6 janvierthdeux groupes de recherche ont chacun publié une étude indépendante de preuve de concept montrant qu’en prélevant des échantillons d’air dans un zoo local, ils peuvent recueillir suffisamment d’ADN pour identifier les animaux à proximité. Il pourrait s’agir d’un outil précieux et non invasif pour suivre la biodiversité.
“La capture de l’ADN environnemental aérien des vertébrés nous permet de détecter même les animaux dont nous ne voyons pas la présence”, explique la chercheuse Kristine Bohmann, chef de l’équipe de l’Université de Copenhague.
Les animaux terrestres peuvent être suivis de plusieurs façons : directement par caméra et observation personnelle, ou indirectement par ce qu’ils laissent derrière eux, comme des empreintes de pas ou des excréments. L’inconvénient de ces méthodes est qu’elles peuvent impliquer un travail de terrain intensif et nécessiter la présence physique de l’animal. Par exemple, le suivi des animaux par caméra nécessite de savoir où placer les caméras sur le parcours de l’animal, de passer en revue des milliers de photos et, généralement, d’avoir un peu de chance.
Cette image montre Elizabeth Clare prélevant un échantillon d’air pour collecter de l’ADN en suspension dans l’air. Crédit : Elizabeth Clare
“Plus tôt dans ma carrière, je suis allée à Madagascar en espérant voir beaucoup de lémuriens. Mais en réalité, je les ai rarement vus. Au lieu de cela, je les ai surtout entendus sauter à travers la canopée”, explique Bohmann. “Ainsi, pour de nombreuses espèces, il peut être très difficile de les détecter par observation directe, surtout si elles sont insaisissables et vivent dans des habitats très fermés ou inaccessibles.”
“Par rapport à ce que l’on trouve dans les rivières et les lacs, le suivi de l’ADN aérien est vraiment, vraiment difficile, car l’ADN semble super dilué dans l’air”, explique Elizabeth Clare, chercheuse principale de l’équipe de l’université Queen Mary de Londres (Clare est maintenant à l’université York de Toronto). “Mais nos études dans les zoos n’ont pas encore échoué pour différents échantillonneurs, gènes, lieux et approches expérimentales. Tout a fonctionné et étonnamment bien.”
Bohmann et Clare s’inspirent largement de leurs recherches passées sur la surveillance de la faune sauvage en collectant d’autres types d’échantillons contenant de l’ADN excrété par les animaux. C’est ce qu’on appelle l'”ADN environnemental”, ou ADNe, et c’est une technique bien établie utilisée le plus souvent pour surveiller les organismes aquatiques en séquençant l’ADNe à partir d’échantillons d’eau.
“L’air entoure tout, et nous voulions éviter la contamination de nos échantillons tout en optimisant la détection réelle de l’ADN animal”, explique Bohmann. “Notre travail le plus récent sur l’ADN électronique en suspension dans l’air implique ce que nous faisons habituellement lors du traitement des échantillons d’ADN électronique, juste un peu plus ajusté.”
Cette photo montre Christina Lynggaard et Kristine Bohmann collectant des échantillons d’air au zoo de Copenhague. Crédit : Christian Bendix
Chaque groupe de recherche a mené son étude dans un zoo local en collectant des échantillons à différents endroits du zoo, notamment à l’intérieur des enclos clos comme la maison tropicale et les écuries intérieures, ainsi que dans les enclos extérieurs en plein air. “Pour recueillir l’ADN électronique en suspension dans l’air, nous avons utilisé un ventilateur, comme celui que l’on utilise pour refroidir un ordinateur, et y avons attaché un filtre. Nous l’avons ensuite laissé tourner pendant un certain temps”, explique Christina Lynggaard, premier auteur et boursière postdoctorale à l’université de Copenhague.
Le ventilateur aspire l’air du zoo et de ses environs, qui pourrait contenir du matériel génétique provenant d’un certain nombre de sources, comme l’haleine, la salive, la fourrure ou les excréments, bien que les chercheurs n’aient pas déterminé la source exacte. “Il pourrait s’agir de n’importe quoi qui peut se retrouver en suspension dans l’air et qui est suffisamment petit pour continuer à flotter dans l’air”, explique Lynggaard. “Après avoir filtré l’air, nous avons extrait l’ADN du filtre et utilisé l’amplification par PCR pour faire de nombreuses copies de l’ADN animal. Après le séquençage de l’ADN, nous avons traité les millions de séquences et les avons finalement comparées à une base de données de référence d’ADN pour identifier l’espèce animale.”
“Il y a une part de foi dans tout cela, car lorsque vous traitez des échantillons de tissus ordinaires ou même d’ADN aquatique, vous pouvez mesurer la quantité d’ADN que vous avez, mais avec ces échantillons, nous avons affaire à des quantités d’ADN médicalement infimes”, explique Clare. “Dans de nombreux cas, lorsque nous ne prélevons des échantillons que pendant quelques minutes, nous ne pouvons pas mesurer l’ADN, et nous…doivent passer à l’étape suivante de la PCR, où nous découvrons s’il y en a ou non. Quand on échantillonne pendant des heures, on obtient plus, mais il y a un compromis.”
Dans chaque étude, les chercheurs ont détecté des animaux à l’intérieur du zoo et des animaux sauvages à proximité. L’équipe de Clare, de l’université Queen Mary de Londres, a détecté l’ADN de 25 espèces de mammifères et d’oiseaux, et même de l’ADN appartenant au hérisson d’Eurasie, qui est en voie de disparition au Royaume-Uni. L’équipe de Bohmann, de l’université de Copenhague, a détecté 49 espèces de vertébrés non humains, dont des mammifères, des oiseaux, des reptiles, des amphibiens et des poissons. Il s’agissait d’animaux de zoo comme l’okapi et le tatou et même le guppy dans un bassin de la maison tropicale, d’animaux présents localement comme les écureuils et d’animaux nuisibles comme le rat brun et la souris domestique. En outre, ils ont détecté des espèces de poissons utilisées pour nourrir d’autres animaux du zoo. Les deux équipes ont pris de nombreuses mesures pour vérifier que leurs échantillons n’étaient pas contaminés, y compris par de l’ADN déjà présent dans leurs laboratoires.
En choisissant un zoo pour le lieu de leurs études, les chercheurs connaissaient la position d’une grande collection d’espèces non indigènes, ce qui leur permettait de faire la différence entre un signal réel et un contaminant. “Nous avions d’abord pensé nous rendre dans une ferme, mais si l’on prélève de l’ADN de vache, il faut se demander si cette vache est ici ou si elle se trouve à des centaines de kilomètres ou dans le déjeuner de quelqu’un”, explique Clare. “Mais en utilisant le zoo comme modèle, il n’y a aucun autre moyen de détecter l’ADN d’un tigre, si ce n’est le tigre du zoo. Cela nous permet de tester réellement les taux de détection.”
“Une chose que nos deux laboratoires font est de développer et d’appliquer de nouveaux outils, il n’est donc peut-être pas si surprenant que nous ayons tous deux abouti à la même idée au même moment”, dit Clare.
Cependant, le fait que les deux groupes de recherche publient en même temps dans la revue . Current Biology est loin d’être une coïncidence. Après avoir vu leurs articles respectifs sur un serveur de préimpression, les deux groupes ont décidé de soumettre conjointement leurs manuscrits à la revue. “Nous avons décidé de prendre un peu de risque et de dire que nous ne sommes pas prêts à nous faire concurrence sur ce sujet”, explique Clare. “En fait, c’est une idée tellement folle qu’il vaut mieux avoir des confirmations indépendantes que cela fonctionne. Les deux équipes sont très impatientes de voir cette technique se développer.”
Référence : “Airborne environmental DNA for terrestrial vertebrate community monitoring” par Christina Lynggaard, Mads Frost Bertelsen, Casper V. Jensen, Matthew S. Johnson, Tobias Guldberg Frøslev, Morten Tange Olsen et Kristine Bohmann, 6 janvier 2022,Biologie courante.
DOI : 10.1016/j.cub.2021.12.014
