Régulation Épigénétique de la Biosynthèse des Protéines sur Culture d'Algues Bleues Cyanophycées

Pedro Ferrandiz

L'exposé, lors du séminaire de Joël Sternheimer (1) à l'Université Européenne de la Recherche (1994-95), des résultats de diverses expériences de régulation épigénétique de biosynthèses protéiques réalisées notamment sur des tomates et des levures en panification (2), valut de la part d'un des auditeurs, le Dr. Jean-Philippe Gérard, le commentaire suivant: "ces résultats sont certes intéressants, mais le nombre de paramètres entrant en jeu aussi bien dans les cultures de tomates que dans la fabrication du pain est si grand qu'il serait bon de trouver un système le plus simple possible pour effectuer ces expériences, de façon à réduire ce nombre au maximum". Cette observation, jointe à l'intérêt de Michel Lempereur, qui suivait également ce séminaire, pour des systèmes biologiques procaryotes susceptibles d'être utilisés comme dépolluants aquatiques notamment (et qui nous fournit une enceinte capable de diffuser dans l'eau), nous poussa à imaginer puis réaliser l'expérience suivante, qui a été le premier essai de stimulation en milieu aquatique; et dont il est résulté un modèle simple, facilement reproductible, présentant des résultats directement appréciables à l'oeil nu, pouvant de plus en lui-même offrir des applications intéressantes.

Nous avons choisi de stimuler la croissance d'algues bleues cyanophycées (procaryotes) du genre Anabaena, dont l'activité photosynthétique notamment dépend de protéines pigmentaires (cyanines), dont on peut ainsi contrôler de deux façons simples -- couleur et dégagement d'oxygène -- la régulation épigénétique.

Conditions expérimentales:

- Dilution d'un volume de 12 ml d'une solution d'Anabaena variabilis, souche fournie par l'École Normale Supérieure, dans 1500 ml d'eau minérale.

- Ajout de 40 g. d'engrais végétal sec, à 8% de nitrates, soit 2,1 g/l; et de cailloux de rivière en quantité égale pour l'apport d'oligo-éléments, selon une suggestion de Vincent Bargoin.

- Temps d'adaptation au milieu de culture: 4 jours.

- Mise en culture de 750 ml de solution dans deux bacs, sous un éclairement en lumière naturelle à partir du 30 avril 1995, dans un studio situé à Paris (5ème).

Diffusions musicales:

Des diffusions musicales ont été passées à l'un des deux bacs, l'autre constituant le témoin, à l'aide d'un haut parleur aquatique Altec UW-30.

Nature des transcriptions musicales de protéines diffusées:

Cassette I: 45 min.

NIF H d'Anabaena v. (x5) (C)
Allophycocyanine d'Anabaena v. (x3) (C)
Plastocyanine d'Anabaena v. (x3) (C)
Nitrate réductase de Chlorella s. (x3) (C)
PSI protéine photosystème d'Anabaena v. (x3) (SB)
Ferrédoxine d'Anabaena v. (x5) (C)
Protéine 35K d'Anabaena v. (x8) (SB)

Cassette II: 15 min.

Allophycocyanine d'Anabaena v. (x2) (C)
Plastocyanine d'Anabaena v. (x2) (C)
PSI protéine photosystème d'Anabaena v. (x3) (SB)
Ferrédoxine d'Anabaena v. (x4) (C)
Protéine 35K d'Anabaena v. (x8) (SB)

Cassette III: 15 min.

Ferrédoxine d'Anabaena v. (x2) (C)
NIF H d'Anabaena v. (x3) (C)
NIF A d'Anabaena v. (x3) (SB)
NIF D d'Anabaena v. (x3) (SB)
Nitrate réductase de Chlorella s. (x3) (C)
Protéine 35K d'Anabaena v. (x2) (SB)

Les transcriptions marquées (C) ont été réalisées par Joël Sternheimer sur un échantillonneur Casio SK1; celles marquées (SB) l'ont été par nous-même sur ordinateur PC équipé d'une carte "Sound Blaster", avec un logiciel de "One Key Play" écrit spécialement à cet effet.

La cassette I a été diffusée deux fois par jour du 30 avril au 5 mai, puis à compter du 7 mai, les cassettes II et III ont été respectivement passées le matin et le soir jusqu'au 10 mai.

Résultats d'observation:

- La viabilité des micro-organismes a été suivie tout le long de la période d'exposition, au microscope; à chaque observation sur témoin et musical, des "Anabaena" ont bien été visionnées, sans mesure de leur concentration.

- Évolution de la coloration des cultures:

Au moment de la mise en culture dans les deux bacs, les solutions avaient une teinte opaque, après agitation, rendant compte de la présence de l'engrais apporté, de la forte dilution de la souche d'algue originale mais aussi du développement de contaminants filamenteux non caractérisés.

Du 2ème au 4ème jour de diffusion musicale, le bac "musical" semblait présenter à l'oeil nu une plus grande proportion de matière en suspension (Photo 1), effet qui sembla s'inverser les 2 jours suivants; ce qui nous incita à arrêter la diffusion musicale, imputant cette observation à un temps trop important de diffusion.

Les cassettes II et III ont été alors diffusées. Le choix des transpositions musicales de protéines avait pour objet de satisfaire aux photopériodes du micro-organisme.

À partir du 8 mai, la culture "musicale" présentait une teinte bleu vert plus prononcée que les témoins, différence qui ne fit que s'accentuer par la suite (Photo 2).

- Dix jours après l'arrêt des diffusions, la solution musicale, outre une teinte plus intense par rapport au témoin, se distinguait par sa surface partiellement couverte de bulles (Photo 3). La mise en contact d'une allumette allumée avec ces bulles avait pour effet de raviver sa flamme, d'où l'interprétation qu'il s'agissait de bulles d'oxygène, témoignant d'une saturation du milieu en ce dernier, et donc globalement d'une plus grande activité photosynthétique des algues dans le bac "musical".

Il faut noter sur ce point que ces bulles se trouvèrent rapidement en nombre élevé, de plusieurs dizaines (environ 70) le 24 mai à largement plus d'une centaine (environ 130) le 28 (Photos 3 et 4), alors que les bulles visibles sur le bac témoin restèrent toujours en nombre bien inférieur à une dizaine (maximum 8). La multiplication par un facteur 16 environ de la production d'oxygène dans l'atmosphère chez ces algues microscopiques en présence d'une diffusion musicale d'à peine une demi-heure par jour nous paraît mériter une étude approfondie, pour des raisons aussi bien théoriques que pratiques, incluant les perspectives qu'elle pourrait offrir pour la dépollution atmosphérique en milieu urbain (Photo 5, prise en décembre, montrant en définitive la fixation du carbone issu du CO2 atmosphérique, qui est l'un des pricipaux contributeurs à l'effet de serre).

Références:

(1) J. Sternheimer, séminaire U.E.R. (1994-95).

(2) J. Sternheimer, brevet n° FR 92 06765 (1992);
P. Ferrandiz, "Procédé de "Régulation Épigénétique de la Synthèse Protéique": Essai en Panification", Industries des céréales (Paris), n° 85, p. 40 (1993);
M. Ulmer et al. "Régulation Épigénétique de la Biosynthèse des Protéines Appliquée à la Culture de Fruits et Légumes: Compte-rendu d'Expérience en Jardin Potager" (1993);
J. M. Huber et al. "Régulation Épigénétique de la Biosynthèse des Protéines Appliquée à la Culture de Tomates: Compte-rendu d'Expériences en Serre" (1994) .