Biotechnologie et phytoremédiation: « Recherches et perspectives » Hervé de Caritat, Alexandre Lefèbvre Mai 2011

Introduction Au cours des derniers siècles, l’industrialisation, la guerre,… ont conduit à l’accumulation de composés toxiques dans les sols. polluants organiques (hydrocarbures, les solvants, les composés phénoliques, les explosifs, les herbicides, pesticides, fertilisants) polluants inorganiques (métaux lourds (cadmium, mercure, plomb) composés non-métalliques (arsénique et les déchets nucléaires)) 11 000 tonnes/an de mercure(Hg) sont relâchées dans la nature Plus de 12 000 sites contaminées au Etats-Unis Plus de 400 000 sites en Europe de l’Ouest

Stratégie d’assainissement Enlèvement physique des sols contaminés un site désigné à cet effet Alternative: phytoremédiation ne résout pas le problème coûte cher perturbe l’environnement accroit temporairement l’exposition aux produits toxiques laisse souvent des contaminations résiduelles

Phytoremédiation Utilisation de plantes pour prélever, dégrader les polluants du sol ou de l’eau. Bon marché Durable (contaminants remontent jusqu’à la partie supérieure de la plante et/ou peuvent dégrader les produits en une forme moins nocive) Alternative pro-environnementale

La plante idéale >< plantes actuelles Haute tolérance au polluant capacité à dégrader ou concentrer grandement le produits dans sa biomasse Système racinaire très développé Capacité d’absorber de grande quantité d’eau(filtre inverse) Croissance rapide & haute production en biomasse Quelques espèces sont tolérantes à certains produits Croissance lente Peu de biomasse Conditions environnementales spécifiques Ne tolèrent que très peu et n’accumulent pas les contaminants

Biotechnologies La capacité de dépollution peut être améliorée par la manipulation génétique => introduction de nouveaux caractères.

Quelques exemples: Métaux lourds Cadmium, Zinc, Plomb, Sélénium Le problème : Cadmium, Zinc, Plomb, Sélénium Solution par bioremédiation : protéines: Métallothionéine, phytochélatine, Glutathion exemples: Tabac glauque (Nicotiana glauca) Arabette de Thalius (Arabidopsis thaliana) Phytochélatine TaPCS1 Selenocysteine methyltransferase (SMTA)

Explosifs Le problème : Le RDX (cyclotriméthylènetrinitramine) = explosif nitré toxique et corrosif Le TNT (Trinitrotoluène) Solution par bioremédiation : Tabac avec un gène codant pour un NADPH-dépendant nitroréductase, dégrade le TNT(trinitrotoluène) Arabidopsis avec gène xplA, résistant au RDX

Mines terrestres Le problème : - 80 pays concernés - 60 à 70 millions de mines actives - 50 victimes ou blessés chaque jour => Des zones important sont impraticables pour l’aide humanitaire, l’agriculture ou l’approvisionnement en eau. Solution par bioremédiation : Les Arabidopsis  sont de petites plantes de la famille Brassicaceae ressemblant au chou et à la moutarde. Leurs racines changent de couleur lorsqu'elles sont à proximité de produits de dégradation des mines terrestres. Des projets de recherche visent à modifier les gènes de cette plante de façon à ce que les feuilles changent également de couleur de façon à prévenir les risques d’accident.

Mercure Le problème : Élément hautement toxique Le méthylmercure est bioaccumulable Dommageable pour : le système immunitaire le système nerveux les fœtus. Solution par bioremédiation : Les OGM d’arabidopsis, de tabac, de peupliers, de moutarde indienne et de coton qui possèdent les gènes merA et merB. dégazent le méthylmercure à la forme volatile élémentaire à des concentrations non-toxiques. Augmentation de la concentration de méthylmercure

Arsenic Le problème : La consommation d'eau contaminé : => maladies de la peau => gangrène => cancer des reins et de la vessie Les terres polluées ont des rendements agricoles moindres et les productions sont toxiques. 40 millions de personnes empoisonnées au Bangladesh Solution par bioremédiation : Les OGM d'Arabidopsis avec une tolérance de l'arsenic par l'introduction des gènes ARSC et y ECS.  ARSC convertit arséniate en arsénite.  + amélioration de la tolérance au cadmium.

Perspectives Avantages : la phytoremédiation par OGM est une biotechnologie prometteuse, elle peut-être efficace, propre, bon marché et durable. Défis à relever : Avoir une meilleure compréhension des bases moléculaires.  Obtenir des plantes tolérantes pour plusieurs produits chimiques.  Répondre aux préoccupations de biosécurité et prévoir des stratégies pour empêcher le flux de gènes dans les espèces sauvages. Déterminer le coût véritable de cette technologie. Obtenir une volonté politique et des pour la recherche fondamentale et pour mettre en œuvre de nouvelles stratégies.