Quelles conséquences les changements environnementaux auront-ils sur notre bagage génétique? Qu'entraîne le fait qu'il y a de plus en plus de contaminants dans l'environnement sur la survie de diverses espèces animées et, en fin de compte, sur nos descendants?

Des questions, c'est ce qui manque le moins à une équipe de chercheurs de l'Université d'Ottawa. Dirigée par Marc Ekker, cette équipe de biologistes a été rassemblée en 2000 pour constituer le CRAGE, le Centre de recherche avancée en génomique environnementale. Il s'agit d'une équipe ultraspécialisée qui fait de la recherche fondamentale en recourant aux nouvelles techniques de la génomique.

«Nous faisons de la recherche fondamentale, confirme M. Ekker, quoique plusieurs de nos scientifiques font aussi de la recherche appliquée.» Dans leurs laboratoires, ces spécialistes observent les changements génétiques qui surviennent chez des poissons soumis à un environnement stressant, par exemple à la présence de polluants chimiques, de métaux lourds, de BPC, etc.

Approche globale

«D'une manière générale, nous observons la manière dont l'activité des différents gènes qui constituent le génome d'un animal est affectée lorsque celui-ci est soumis à un stress environnemental», relate le chercheur.

Il explique que ce qui différencie une approche génomique d'une approche génétique conventionnelle est une question d'échelle. «C'est-à-dire que nous, nous cherchons à observer les effets d'un stress environnemental sur le génome au complet, et non pas sur quelques gènes en particulier, dit-il. Par exemple, dans le cas du génome humain, qui compte quelque 30 000 gènes, on tente de voir lesquels de ces gènes sont affectés par un stress environnemental.»

Auparavant, c'est-à-dire avant l'utilisation des techniques de la génomique, lorsque les chercheurs passaient par la génétique, ils se basaient sur les quelques gènes connus, alors que maintenant, ils étudient les conséquences du stress sur tous les gènes à la fois. «C'est comme si on jetait à l'eau un grand filet!», lance en riant Marc Ekker.

Le grand objectif du CRAGE est de déterminer les effets du stress environnemental sur la fonction et l'expression du génome. On espère comprendre la nature des changements qui s'opèrent aux niveaux moléculaire, génétique, physiologique et écologique.

«La création du CRAGE visait à regrouper des spécialistes qui possèdent l'expertise en écotoxicologie, en génétique et en physiologie des poissons», précise le directeur.

Les astuces de la génomique

L'un des stress environnementaux bien connus est l'abondance d'oestrogène dans les cours d'eau. Cet oestrogène, l'ingrédient actif des pilules contraceptives, est rejeté dans nos urines pour se retrouver en quantité importante dans les cours d'eau.

«Or, explique Marc Ekker, pour beaucoup d'espèces animales aquatiques, la détermination de leurs caractéristiques sexuelles est influencée par la présence de cet oestrogène.» Ainsi, la présence d'importantes quantités d'oestrogène dans l'environnement altère le ratio mâle/femelle — en transformant davantage d'individus en femelles — ce qui, à terme, aura un impact sur la survie de l'espèce.

«Nous savons aussi que la détermination des caractéristiques sexuelles commence au niveau du cerveau, poursuit M. Ekker. On peut donc voir, en utilisant une approche génomique, tous les gènes qui sont affectés dans le cerveau des poissons.»

Pour observer ce qui se passe exactement, les chercheurs du CRAGE soumettent en laboratoire des colonies de poissons rouges et de poissons zébrés à des doses d'oestrogène comparables à celles qu'on retrouve dans l'environnement.

«Cela nous permet d'étudier plusieurs milliers de gènes à la fois pour voir lesquels sont affectés, relate le spécialiste. On identifie ainsi des gènes dont on n'aurait pas nécessairement soupçonné qu'ils puissent être affectés. Cette information nous permet de comprendre les mécanismes par lesquels le cerveau détermine la différenciation des caractéristiques sexuelles.»

Environnement et fonction biologique

Une autre approche empruntée par les chercheurs du CRAGE consiste à utiliser des animaux transgéniques pour comprendre la manière dont l'environnement affecte certaines fonctions biologiques. «Par exemple, illustre Marc Ekker, on utilise des animaux chez qui on introduit une protéine fluorescente verte qui peut être vue à l'aide d'une lumière ultraviolette. Et comme la plupart des poissons, lorsqu'ils sont au stade embryonnaire ou larvaire et même parfois à l'état adulte, sont transparents, on peut donc suivre cette protéine en temps réel simplement en regardant le poisson sous un éclairage ultraviolet.»

C'est ainsi que les chercheurs observent le développement d'une population de poissons vivant dans un environnement normal. Puis, dans un second temps, ils prennent certains individus de cette population qu'ils soumettent à un stress environnemental particulier afin d'observer ce qui se passe.

«Cela nous permet d'étudier, sans avoir à tuer le poisson [en le regardant plutôt évoluer], la manière dont les cellules sont affectées, indique M. Ekker. Ces cellules meurent-elles, se retrouvent-elles en plus grand nombre, en moins grand nombre, est-ce que leur position change, etc.? On essaie ainsi de comprendre les effets du stress.»

Approche bio-informatique

L'un des outils essentiels provenant de la génomique est la bio-informatique. «C'est là un soutien extrêmement important pour ce genre de travail, précise M. Ekker. En effet, lorsqu'on fait une expérience où l'on teste l'effet du stress sur un génome composé de dizaines de milliers de gènes, il arrive fréquemment qu'il y en ait plusieurs milliers dont l'expression varie. Si, par exemple, on se trouve en face de 4000 gènes qui varient — certains s'exprimant davantage, d'autres pas du tout, etc. —, on sera complètement perdu! Heureusement qu'il existe maintenant l'approche bio-informatique qui nous permet de regrouper les gènes par catégories...»

Marc Ekker rappelle que les spécialistes ont découvert, au cours des 20 dernières années, que la grande majorité des gènes qu'on retrouve chez les poissons existent également chez l'humain. C'est donc dire que les résultats obtenus au CRAGE s'appliquent très bien à la compréhension de l'impact des stress environnementaux sur la santé humaine.