Le laboratoire de recherche sur l'ADN environnemental de l' École d'énergie MacPhail (#HereAtSAIT) se spécialise dans les mesures à l'échelle nanométrique. Des minuscules tubes à échantillons aux séquenceurs nanopores, en passant par les micro-unités de mesure utilisées en analyse, comme les microns et les microlitres.
L'équipe de recherche actuelle est également petite, avec seulement deux membres, mais l'impact potentiel de leurs travaux est considérable.
Colin Pattison, PhD, chercheur et enseignant, et Olivia Zamrykut, assistante de recherche, expérimentent la collecte et l'analyse d'ADN environnemental, ou ADNe — provenant de la fourrure animale, des cellules de la peau et des déchets trouvés dans l'eau, l'air et même les toiles d'araignée — afin d'identifier les types d'organismes présents dans un milieu naturel et de comprendre comment ils interagissent.
« Nous envisageons d'utiliser l'approche de l'ADN environnemental comme un moyen plus efficace, plus sûr et plus rentable de réaliser des travaux de surveillance et d'évaluation environnementales », explique Pattison.
Ces méthodes d'échantillonnage sont plus passives, permettant à l'équipe d'explorer la biodiversité sans perturber activement la faune sauvage ni avoir à attendre qu'un animal se manifeste.
Bien qu'une approche basée sur l'ADN environnemental ne puisse pas remplacer entièrement les méthodes traditionnelles de surveillance et d'évaluation, Pattison et Zamrykut affirment qu'elle pourrait contribuer à soutenir la conservation et la gestion environnementale tout en accélérant les évaluations d'impact des projets d'infrastructure et de développement.
La majeure partie de la poussière que l'on trouve dans nos maisons est composée de cellules mortes de la peau. Ces cellules contiennent de l'ADN qui nous identifie comme êtres humains.
Dans la nature, des milliers d'organismes différents laissent chaque jour derrière eux leur ADN.
💧L’échantillonnage de l’eau est une méthode de collecte d’ADN environnemental que Pattison et Zamrykut testent actuellement.
« L’eau peut provenir d’une rivière, d’un étang ou d’un lac », explique Pattison. « Il existe de nombreuses façons de prélever des échantillons d’eau et d’en extraire de l’ADN. »
Une fois prélevés, les échantillons d'eau sont pompés à travers des filtres à membrane dont la taille des pores est très petite (0.45 micron) afin de capturer l'ADN.
✈️ Si vous voyez ce qui ressemble à un avion en mousse sans ailes suspendu à un arbre dans les bois, il pourrait être là pour collecter de l'ADN environnemental.
« Lorsque le vent souffle, il frappe le flanc de l'avion et oriente le filtre face au vent afin de capturer les particules présentes dans l'air. »
À l'automne, Pattison et Zamrykut ont travaillé avec des étudiants du programme de technologie environnementale du SAIT pour installer ces avions spéciaux sur deux sites d'environ 100 hectares chacun à Kananaskis.
🕸️Une troisième méthode de collecte qu'ils testent utilise les toiles d'araignée.
« Au lieu d’installer du matériel et d’attendre quelques semaines, nous voulions tester si nous pouvions aller dans l’environnement et collecter de l’ADN environnemental à partir de toiles d’araignées déjà présentes », explique Pattison.
« Un groupe d'étudiants en technologies environnementales est très intéressé par l'exploration de cette question dans le cadre d'un projet de fin d'études. »
Le projet de fin d'études a reçu un financement du Fonds pour les projets étudiants innovants (ISPF) par l'intermédiaire du pôle de services de recherche appliquée et d'innovation du SAIT.
Jusqu'à présent, les expériences menées sur des toiles d'araignée, dans l'eau et dans l'air ont toutes révélé la présence d'ADN détectable correspondant à la faune sauvage que les chercheurs savent présente dans la région.
Récemment diplômée du programme de technologie environnementale du SAIT, Zamrykut a vu son propre projet de fin d'études contribuer à la création du laboratoire d'ADN environnemental.
« Nous voulions vérifier si nous pouvions détecter de l'ADN dans les traces d'animaux dans la neige », explique-t-elle. « Nous sommes allés à Kananaskis, et Colin nous a aidés à identifier des traces de loup, de couguar et de cerf. Mon collègue et moi avons prélevé autant de neige que possible autour de chaque empreinte et avons rapporté nos échantillons au laboratoire. »
Là, ils ont extrait et séquencé l'ADN et ont pu confirmer que ces animaux étaient bien à l'origine des traces.
« C'était un projet vraiment passionnant. »
En plus de son travail au laboratoire, Zamrykut termine actuellement des études à l'Université du Manitoba.
Bien que le laboratoire d'ADN environnemental du SAIT soit relativement récent, l'ADN environnemental existe depuis quelques décennies, explique Pattison.
« Je connais l’ADN environnemental depuis une dizaine d’années. Je savais que des gens menaient des expériences à ce sujet et je voulais l’intégrer au programme de technologie environnementale. »
« L’un des changements majeurs de ces cinq à sept dernières années, c’est la possibilité de séquencer l’ADN dans un petit laboratoire comme celui-ci grâce à la technologie », explique-t-il.
Avant le projet de Zamrykut sur les traces dans la neige, Pattison collectait des échantillons d'ADN environnemental sur le terrain et envoyait tout à un laboratoire pour analyse.
« Un laboratoire extérieur se chargeait de l'extraction et du séquençage de l'ADN, et nous fournissait un rapport contenant les résultats obtenus ou manquants. Je me suis rendu compte que cette pratique n'offrait pas beaucoup d'apprentissage. »
Puis, un collègue a découvert un nanoséquenceur.
De la taille d'une barre de céréales, cet appareil utilise des nanopores pour séquencer l'ADN. Lorsqu'une molécule d'ADN traverse un nanopore, elle crée une charge électrique, ce qui permet à l'appareil de déterminer la séquence des bases nucléotidiques et d'identifier les espèces présentes dans l'échantillon.
« Tout ce que nous faisons ici aujourd'hui a commencé avec le nanoséquenceur. »
Tous les travaux de recherche menés au laboratoire d'ADN environnemental sont en lien avec les cours du programme afin d'encourager au maximum la participation des étudiants.
En plus des projets de fin d'études du programme ISPF en technologies environnementales, deux groupes d'étudiants du programme d'intelligence artificielle intégrée travaillent également avec le laboratoire.
« Nous disposons d'une quantité considérable de données collectées grâce à des caméras déclenchées à distance, ainsi qu'à des moniteurs acoustiques », explique Pattison. « Ces données nous permettent de vérifier si les informations recueillies à partir de l'ADN environnemental correspondent à celles obtenues avec les autres instruments. »
Les étudiants utilisent l'IA pour classer les images et les enregistrements acoustiques par espèce, ce qui permettra de gagner du temps et de faciliter l'identification des animaux.
« Les données de surveillance acoustique contiennent une multitude de sons superposés, comme ceux provenant d'une zone humide », explique Zamrykut. « Des dizaines d'espèces d'oiseaux chantent et des grenouilles coassent simultanément. Manuellement, il faudrait des heures d'écoute et, même alors, nous ne serions peut-être pas capables d'identifier toutes les espèces. »
Le laboratoire d'ADN environnemental du SAIT bénéficie du soutien financier d'un donateur anonyme accordé à l'École d'énergie MacPhail. Pattison et Zamrykut participent activement à des conférences pour présenter leurs travaux et recherchent des financements supplémentaires.
« Je pense que le laboratoire est une véritable réussite », déclare Pattison. « Non seulement nous développons quelque chose de totalement nouveau au SAIT, mais nous le faisons avec l'un de nos diplômés, ce qui est fantastique — et nous avons encore tellement de projets. »
