BD année de la physique - Planche 1 : La bioluminescence

Publié par Laboratoire Liec, le 19 mars 2024   310

Des scientifiques du laboratoire LIEC ont travaillé à l'élaboration de 2 planches de BD à l'occasion de l'année de la physique.

On vous laisse découvrir la première planche sur la bioluminescence, suivie de quelques explications  :

Un·e chercheur·e est d’abord une personne qui aime observer le monde qui l’entoure et qui souhaite comprendre les phénomènes considérés en établissant ou en améliorant les lois fondamentales qui les décrivent. La démarche générale est souvent d’élaborer de nouvelles expériences, des approches originales et des outils novateurs qui permettent d’observer l’objet/le sujet de son étude.

Quel est le travail d'un·e physicienne dans un laboratoire qui traite des questions environnementales ?

Les systèmes environnementaux sont souvent complexes, variables dans le temps et dans l’espace. Dans ce cas-là, une des approches en physique consiste à étudier un système complexe en le décomposant en des éléments plus simples, afin de mieux comprendre son fonctionnement global.

Prenons exemple sur l’étude des interactions entre un contaminant donné ( = métaux, polluants organiques, nanoparticules, microplastiques, etc.) avec un microorganisme aquatique : comment faire le lien entre la quantité de contaminants mesurée dans l’environnement, celle qui sera réellement perçue par cet organisme et celle qui provoquera réellement des effets toxiques sur celui-ci ?

Les bactéries sont d’excellent modèles d’étude car elles sont pour certaines très sensibles à la qualité du milieu et à la présence de contaminants. De plus, certaines sont également facilement cultivables et manipulables en laboratoire. Nous allons utiliser ici des bactéries assez spéciales (génétiquement modifiées), c’est-à-dire des bactéries qui seront en mesure de produire de la lumière lorsqu’une fonction biologique connue est activée. Le phénomène lumineux observable et quantifiable (on va compter le nombre de photons émis) utilisé ici est appelé bioluminescence. Il y a plusieurs sortes de bactéries messagères : certaines vont émettre de la lumière uniquement lorsqu’elles perçoivent un contaminant donné, d’autres vont émettre de la lumière en continu lorsqu’elles sont en bonne santé, mais s’éteindre progressivement si la qualité du milieu n’est pas optimale pour leur survie, lorsqu’il n’y a plus de nutriments disponibles par exemple.

Ces biosenseurs vont alors être mis en contact avec des solutions ayant une contamination plus ou moins importante, dans des milieux avec peu ou beaucoup de nutriments ou de compositions physicochimiques variables. L’expérience peut commencer : le signal lumineux est mesuré en fonction du temps. Les bactéries sensibles au contaminant vont s’allumer puis s’éteindre, puis se rallumer à nouveau et se rééteindre, et cela plusieurs fois. Quant aux autres bactéries qui indiquent leur bonne ou mauvaise santé , elles vont émettre des signaux lumineux de différentes intensités. Une fois les résultats récupérés, c’est à ce moment-là que le rôle du physicien intervient : il va décoder le message envoyé par ces bactéries pour comprendre la signification des signaux émis. Le chercheur sait que la bioluminescence émise ici résulte d’un couplage assez complexe entre phénomènes biologiques, chimiques et physiques. Avec l’élaboration de nouveaux modèles qui se basent sur la connaissance des processus qui se produisent à l’échelle d’une bactérie, il va ainsi reconstruire théoriquement les résultats obtenus (voir schéma ci-dessous).

A partir de ces nouvelles théories qui se peaufinent de plus en plus au fil du temps, notre souhait est d’être en mesure de faire le lien entre la bioluminescence produite par ces bactéries et l’état de qualité d’un environnement, contaminé ou non.

Pour le contenu et la rigueur scientifique :

Elise Rotureau - Chargée de recherche CNRS au LIEC
Jérôme Duval - Directeur de recherche DR2 CNRS au LIEC
Marc Offroy - Maître de Conférences au LIEC

Pour le scénario et les illustrations, le duo PEB & Augel :

William Augel (dessins) : augelwilliam@gmail.com
Site internet : http://williamaugel.blogspot.c...
Pierre-Etienne Bertrand (scénario) : pierre-etienne.bertrand@laposte.net
Page Facebook : http://www.facebook.com/PEB-71...P

Pour la coordination générale du projet :

Anne Vicente - Consultante en médiation des sciences  & Davide Vignati - Chargé de recherche CNRS au LIEC