Biotechnologies marines

En lien avec le précédent, il s’agit d’un thème de recherche émergent au LEMAR sur lequel l’unité affiche des compétences complémentaires et une expertise unique dans le Grand Ouest. En 2015, 18 permanents ont une activité de recherche liée aux biotechnologies marines. Ces questions seront abordées au travers du triptyque « Recherche – Formation – Transfert technologique ». Il s’agit de tirer parti des connaissances acquises sur la biodiversité marine et l’écologie chimique, pour :
● isoler et caractériser des substances bio-actives, et pour certains composés, d’identifier leurs voies de biosynthèse,
● explorer les mécanismes de la communication chimique entre les organismes et leur environnement, à tous les niveaux d’échelle,
● comprendre les mécanismes d’adhésion et les interactions hôtes-pathogènes,
● pour imaginer les développements biotechnologiques de demain dans des domaines innovants tels que les approches biomimétiques
● pour le développement de matériaux biocompatibles ou l’émergence de produits naturels issus de démarches durables, la lutte contre le biofouling ou certaines pathologies des organismes marins, notamment les invertébrés.

Les thèmes de recherche retenus visent ainsi à :
● favoriser l’émergence de synergies entre les acteurs des biotechnologies marines de quatre laboratoires du Labex Mer (LEMAR/LBCM/LM2E et RDT-Ifremer),
● accroître la visibilité des biotechnologies marines au sein de l’IUEM-UBO, et enfin
● tisser des liens forts avec des acteurs clés du monde économique, qui sont identifiés au sein d’entreprises, de centres de transfert et d’innovation, et des pôles de compétitivité.

L’écologie chimique

Les environnements côtiers présentent une grande diversité et de fortes biomasses en organismes benthiques. L’étude de ces organismes revêt une importance notable à différents niveaux, i.e. sociétal, économique et scientifique. Dans ces milieux, les organismes marins présentent des adaptations physiologiques aux contraintes biotiques et abiotiques, d’origine naturelle et/ou anthropique, en produisant des métabolites primaires et/ou secondaires originaux. Ces métabolites jouent un rôle très important dans la structuration des communautés pélagiques et benthiques de ces milieux. Produites à la surface des organismes, ces molécules peuvent agir sur les micro-organismes de surface. Pour celles produites dans la colonne d’eau, comme les molécules allélopathiques par exemple, elles sont très actives et souvent labiles. Le rôle de la microflore associée à ces organismes marins, dans la production des molécules de défense, est également un sujet d’actualité et d’intérêt notoire.
Selon la prospective d’écologie chimique publiée par l’INEE, les études en Écologie chimique participent à la fois à la connaissance issue de la recherche fondamentale, mais également au développement d’applications de ces connaissances.

Impacts des changements environnementaux

Les écosystèmes côtiers sont caractérisés par une forte variabilité naturelle à haute fréquence des principaux facteurs abiotiques.

Déterminer les réactions possibles des communautés vivantes aux pressions d’origine anthropique (contamination chimique et plastique, réchauffement climatique, eutrophisation, surexploitation des ressources vivantes) qui génèrent un changement global avéré, est un réel défi pour les scientifiques environnementalistes. En milieu marin côtier où se concentre l’essentiel de la productivité écologique, l’impact des pollutions chroniques pose des questions supplémentaires aux gestionnaires de ces milieux et aux producteurs de ressources halieutiques et aquacoles. Certaines altérations (génotoxicité, immunotoxicité, reprotoxicité) entraînent des effets populationnels pouvant compromettre le maintien de certaines espèces dans les milieux touchés.

Le nombre de sites côtiers de l’océan mondial soumis, plus ou moins régulièrement et de manière plus ou moins prononcée, à des événements d’hypoxie voire d’anoxie augmente dramatiquement depuis les années 1950. Le plus souvent, ces phénomènes sont l’une des conséquences de l’eutrophisation des zones côtières, liée aux apports de plus en plus massif de nutriments dans ces eaux. Ces derniers stimulent la production phytoplanctonique qui, en sédimentant, induit une consommation massive d’O 2 dissous à l’interface eau-sédiment (dégradation bactérienne de cet afflux de matière organique). Lorsque les eaux sont stratifiées (e.g. pendant l’été), la couche de fond se retrouve isolée et se voit soumise à des épisodes d’hypoxies plus ou moins prolongés, avec des conséquences graves sur les biocénoses benthiques.

Face aux diverses pressions environnementales, les organismes marins présentent des réponses adaptatives de nature comportementale, physiologique (plasticité phénotypique), ontogénique et évolutive qui se répercutent individuellement sur leurs traits de vie et, au niveau individuel et populationnel, sur la dynamique spatio-temporelle.

Grâce à la combinaison d’approches expérimentales (en laboratoire ou in situ) et d’études d’observation sur le terrain le LEMAR conduira plusieurs types d’approches dont :

  • Approche mécanistique : caractériser les réponses adaptatives d’individus issus de populations provenant de sites contrastés sur le plan de l’exposition aux contaminations chroniques.
  • Approche diagnostique : appliquer des descripteurs phénotypiques correspondant à des perturbations de systèmes physiologiques essentiels tels que le métabolisme énergétique, le système immunitaire, particulièrement déterminants pour la survie et le développement des populations.

Nouvelles méthodologies d’observation du milieu marin côtier

De nouvelles méthodologies d’observation des milieux marins côtiers sont en cours de développement. Parmi elles il y a l’acoustique sous marine et de l’accélérométrie, tant à l’échelle individuelle (éthologie) que de la communauté (écologie, observation, surveillance). Ce travail déjà largement initié en milieux tempérés (à Brest et à Rimouski) en lien avec le LIA BeBest et avec le partenaire INP Grenoble. Déjà conduites par le LEMAR en rade de Brest, en mer d’Iroise, en Arctique et en Nouvelle Calédonie, les recherches dans ce domaine nous ont permis d’étudier très précisément la métamorphose, les mouvements et l’énergie qui sont associées, sur des invertébrés benthiques aux situations de stress sonores, hypoxiques, toxiques ou encore thermiques. Nous avons de solides arguments pour dire que cette approche, visant à mettre au point l’utilisation de nouveaux capteurs est porteuse d’avancées notables en écologie marine des milieux subtidaux. L’acoustique passive offre l’énorme avantage d’être insensible à l’état de la mer et de ne pas être intrusive.

Les invasions biologiques

Les impacts écologiques des espèces aquatiques envahissantes sont une préoccupation croissante pour la gestion des zones côtières et la conservation. Les côtes françaises Manche-Atlantique ne font pas exception, principalement en raison des pratiques de navigation internationales et de l’aquaculture. La France constitue même le pays européen le plus colonisé par des espèces introduites de macroalgues. L’analyse coûts-avantages de la gestion des invasions n’est pas simple alors même que l’exploitation de plusieurs ressources vivantes est basée sur les caractéristiques invasives de ces espèces (comme par exemple les mollusques et les macrophytes en aquaculture). L’huître Crassostrea gigas est considérée comme une espèce nuisible dans la mer de Wadden ou en Australie, où elle supplante les huîtres indigènes, alors qu’elle fait l’objet d’une exploitation majeure en France dans le même temps. En outre, il existe de nombreux cas historiques montrant qu’une invasion initialement « sous contrôle » ne l’est pas nécessairement de manière permanente, même après plusieurs décennies. Comprendre les interactions entre les activités humaines, le fonctionnement des écosystèmes et les changements globaux est donc essentiel en vue d’établir de nouvelles options de gestion. De nouvelles approches doivent être élaborées pour prévenir toute
introduction involontaire et limiter les effets secondaires des invasions en cours.

Les impacts des changements globaux en cours ne prêtent pas à l’optimisme. Ainsi, la côte atlantique française est confrontée à au moins trois changements environnementaux majeurs :
● la température annuelle moyenne de l’eau de mer augmente régulièrement (environ 1,5°C au cours des 25 dernières années),
● il y a une tendance positive très nette de l’Oscillation de l’Atlantique Nord (NAO),
● il est observé une baisse drastique des apports d’eau douce due au changement climatique et aux modifications concomitantes des activités humaines sur les bassins versants (e.g. l’augmentation de l’irrigation pour l’agriculture).

La « marinisation » des estuaires à proximité des ports conduit à une augmentation des risques potentiels d’invasion par de nouvelles espèces marines, tandis que le réchauffement climatique favorise l’établissement d’espèces subtropicales exotiques (par exemple les dinoflagellés nuisibles des genres Ostreopsis et Gambierdiscus dans le golfe de Gascogne). Par définition, les espèces
envahissantes sont capables de s’adapter à leur nouvel environnement et sont les mieux placées pour faire face aux changements globaux. Qu’en est-il des espèces indigènes qui ne sont pas habituées à de tels changements environnementaux ? Bien que le changement climatique soit progressif, toutes les espèces (indigènes et envahissantes) vont-elles s’adapter ou allons-nous observer une homogénéisation de la flore et de la faune à l’échelle mondiale ?