Ici, nous présentons un nouveau protocole pour récupérer l’ADNe marin par la collecte et la filtration d’échantillons d’eau de mer provenant de ferries et d’autres navires commerciaux en activité.
Article de méthode
Ici, nous présentons un nouveau protocole pour récupérer l’ADNe marin par la collecte et la filtration d’échantillons d’eau de mer provenant de ferries et d’autres navires commerciaux en activité.
Les outils génétiques permettant d’extraire de l’information à partir de traces d’ADN environnemental sont bien établis pour la caractérisation ciblée et taxonomique de la biodiversité. Pourtant, dans le contexte marin, la collecte d’échantillons d’ADNe dans des zones peu accessibles, comme dans les eaux abyssales ou au large, peut encore être une limitation. L’utilisation de traversiers réguliers ou de navires commerciaux traversant de vastes étendues de haute mer peut constituer des plates-formes opportunistes précieuses pour la collecte d’échantillons environnementaux. Les avantages sont innombrables, de la possibilité de collecter des données dans toutes les conditions météorologiques et à tout moment de la journée à la répétabilité dans le temps, les itinéraires étant constants, et avec une réduction totale des coûts et des émissions de carburant. Des travaux antérieurs ont montré que l’approche est possible et réussie. Cependant, le processus d’acquisition d’échantillons dans le ventre de ces grands navires pourrait ne pas être immédiat. Ce travail illustre dans les moindres détails comment la collecte et la filtration de l’eau de mer des grands navires peuvent être préparées, organisées et réalisées.
Au cours des dernières décennies, l’analyse de l’ADN environnemental (ADNe), c’est-à-dire la détection du matériel génétique laissé par les organismes dans l’environnement, s’est rapidement imposée comme un outil de surveillance prometteur pour les communautés d’animaux d’eau douce et marins. Cette technique moléculaire offre la possibilité d’identifier simultanément plusieurs taxons au sein d’un même échantillon (approche de métabarcoding), permettant de détecter les communautés biologiques habitant ou traversant la zone échantillonnée 1,2,3,4,5.
À l’heure actuelle, le véritable défi consiste à atteindre les points d’échantillonnage, car il est souvent économiquement et/ou logistiquement irréalisable de collecter des échantillons à de grandes échelles géographiques, ce qui fait que les zones pélagiques sont généralement sous-échantillonnées par rapport aux zones côtières plus accessibles6. L’utilisation de traversiers ou d’autres navires commerciaux permet d’obtenir des transects d’échantillonnage hautement reproductibles, car ils suivent des routes de navigation spécifiques qui sont généralement constantes au cours de la saison et couvrent de vastes zones 7,8. De plus, l’utilisation des traversées par ferry comme moyen d’échantillonnage permet de prélever des échantillons à tout moment de la journée et en toute saison, quelles que soient les conditions météorologiques et maritimes, en plus de présenter de nombreux autres avantages (Figure supplémentaire 1). Des études préliminaires ont prouvé à la fois sa faisabilité et sa précision pour l’évaluation des indicesde biodiversité 9,10. Des échantillons d’eau peuvent être prélevés dans la salle des machines du ferry via un tuyau de dérivation interceptant l’eau de refroidissement marine en amont des moteurs. LIFE-CONCEPTU MARIS (CONSERVATION DES COMMUNAUTÉS DE MER CÉTACÉES ET PÉLAGIQUES EN MÉDITERRANÉE : GÉRER LES ACTIONS POUR LEUR RÉTABLISSEMENT EN MATIÈRE DE DURABILITÉ) EST LE PREMIER PROJET DANS LEQUEL CETTE PREUVE DE CONCEPT A ÉTÉ MISE EN PRATIQUE À GRANDE ÉCHELLE : IL VISE LA COLLECTE DE 500 ÉCHANTILLONS (SUR DEUX ANS), ET IL IMPLIQUE L’ENGAGEMENT NON PAS D’UNE MAIS DE PLUSIEURS COMPAGNIES DE FERRY ET DE PLUSIEURS TRANSPORTEURS, permettant de mettre en évidence les enjeux critiques et d’affiner les stratégies d’échantillonnage pour mieux s’adapter aux contextes les plus divers qui peuvent être rencontrés à bord. Nous décrivons ci-dessous les caractéristiques du projet pour sa composante relative à la collecte à grande échelle d’échantillons d’ADN de l’environnement marin (pour la description du projet, visitez https://webgate.ec.europa.eu/life/publicWebsite/project/details/5707).
La décision d’entreprendre une campagne d’échantillonnage à l’aide d’un ferry régulier implique certaines actions qui doivent être prises avant l’échantillonnage proprement dit, ce qui est l’aspect directement abordé dans ce travail. Nous mentionnons ici brièvement les actions qui doivent précéder l’échantillonnage à bord de tout navire commercial.
C’est un aspect à ne pas négliger et qui détermine le succès de la campagne de collecte. Les compagnies maritimes sont des entités commerciales et non de recherche et, par conséquent, ne connaissent pas et ne sont pas tenues de connaître les buts et objectifs de la recherche scientifique destinée à être menée à bord. Cela implique une phase initiale importante et délicate au cours de laquelle les objectifs du projet scientifique proposé, qui peuvent être multidisciplinaires, doivent être transmis et motivés par la direction de la compagnie maritime elle-même. Dans le cas spécifique du projet CONCEPTU MARIS, cela a été rendu possible par une relation de plusieurs décennies dans laquelle les compagnies maritimes avaient déjà été impliquées dans des projets de surveillance visuelle (par exemple, les transects à lignes fixes [FLT]7), qui ont déterminé une relation d’estime mutuelle nécessaire pour pouvoir obtenir le feu vert pour l’accès aux salles des machines indispensable à l’approche d’échantillonnage couverte par ce travail.
Le type de régime d’échantillonnage adopté dans le cadre du projet CONCEPTU MARIS est double : les échantillons sont prélevés à la fois dans des stations d’échantillonnage fixes (FSS, voir ci-dessous) et à l’occasion de l’observation de cétacés « rares ». Il s’agit des espèces les moins observées lors des transects11 de la FTL, à savoir : le dauphin commun (Delphinus delphis), le rorqual à bec de Cuvier (Ziphius cavirostris), le globicéphale (Globicephala melas), le dauphin de Risso (Grampus griseus), le cachalot (Physeter macrocephalus) et le rorqual commun (Balaenoptera physalus). Un échantillon d’eau supplémentaire n’est prélevé que lorsque l’observation de l’espèce rare signalée par l’équipe de recensement visuel (équipe FLT) a lieu plus d’une demi-heure avant ou après l’une des EFS. Les échantillonnages effectués en conjonction avec les observations seront nécessairement tous diurnes.
Les stations fixes d’échantillonnage (FSS), dont la géoposition reste invariable au fil des croisières, sont identifiées en amont et convenues avec l’ensemble de l’équipe de travail. Les positions géographiques des FSS sont sélectionnées en fonction 1) de la présence d’un site d’intérêt biologique sur la base de données d’observation/littérature antérieures ; 2) la priorité accordée aux points indiquant les changements de l’habitat sur les cartes bathymétriques (p. ex., bord du plateau continental) ; 3) une couverture homogène des voies de navigation désignées, en sélectionnant ainsi des sites d’échantillonnage à peu près équidistants (distants d’environ 35 à 45 milles nautiques), afin de couvrir l’ensemble du parcours et de prévoir la collecte d’échantillons nocturnes.
Afin de s’assurer que les échantillons adjacents sont prélevés à des moments différents de la journée et qu’il y a suffisamment de temps entre deux échantillons consécutifs pour terminer le traitement des échantillons, il est conseillé de prélever des échantillons dans des SFS adjacents, l’un à l’aller et l’autre au retour. Cela signifie que si les SFS sont numérotées selon l’ordre chronologique dans lequel elles sont échantillonnées, elles n’apparaîtront pas dans un ordre consécutif sur la carte. Par exemple, si 6 SFS sont sélectionnées, 3 seront échantillonnées à l’aller et 3 au retour. « Leur ordre le long de l’itinéraire sur la carte sera PortAFSS1-FSS6-FSS2-FSS5-FSS3-FSS4-PortB, les trois stations d’échantillonnage en italiques (FSS4, FSS5 et FSS6) étant étudiées au cours du voyage de retour (voir Figure 1).
Chaque SFS a un numéro d’identification unique (c.-à-d. qu’aucun des SFS identifiés sur différentes routes ne partage le même numéro d’identification). La numérotation est attribuée la première fois qu’un SFS est échantillonné, et une numérotation consécutive suivra. Par conséquent, à la fin du projet, les SFS de faible nombre seront celles qui ont été testées pendant plusieurs années ou pour lesquelles les données les plus anciennes sont disponibles.
Chaque échantillon se compose d’environ 13 L d’eau de mer collectée à chaque station d’échantillonnage. L’eau de mer est décantée directement du tuyau de dérivation du ferry dans des conteneurs « Bag-in-the-Box » (BiB), à savoir des sacs en plastique stratifiés stériles, jusqu’au traitement de l’échantillon (voir ci-dessous). Les caractéristiques et les avantages du système d’échantillonnage Bag-in-Box (BiBSS) sont illustrés en détail par Valsecchi et al. (2021)9 et sont également rapportés ici dans la figure 2 pour plus de commodité.
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1. Se préparer au laboratoire
2. Se préparer à bord
3. Prélèvement d’échantillons d’eau (dans la salle des machines)
REMARQUE : La figure 4 montre les phases de la collecte d’échantillons d’eau de mer.
4. Filtration d’échantillons d’eau de mer
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En exécutant le protocole comme décrit, un nombre de filtres égal au nombre de FSS multiplié pour 3 répliques sera collecté par l’opérateur. Chaque filtre conserve des traces biologiques (ADN environnemental) sur l’une des deux faces. Les étapes analytiques qui suivent l’extraction de l’ADNe dépendent fortement de la question de recherche, de la cible et de l’objectif. Par exemple, dans l’étude pilote de Valsecchi et al.9, le protocole de collecte d’ADNe décrit a permis de concevoir une étude repr...
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Comme les étapes du protocole sont simples et directes, il y a quelques considérations pertinentes à prendre en compte lorsque vous travaillez sur des traversiers commerciaux. La conduite de dérivation de l’eau de refroidissement est généralement située dans la zone de la salle des machines, dont l’accès peut être restreint ou soumis à une autorisation préalable. Il est donc essentiel de s’assurer d’avoir une telle autorisation, ainsi que l’équipement de protection individuelle approprié...
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Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Nous remercions vivement les personnes qui ont permis de tester et de développer la méthode présentée ici, à savoir Antonella Arcangeli (ISPRA), qui dirige le projet FLT depuis des décennies, avec lequel les cétacés méditerranéens (et non méditerranéens) sont constamment surveillés visuellement en s’appuyant sur un réseau dense de ferries et qui ont cru en la proposition ambitieuse de rechercher de l’ADN dans les routes traversées par les ferries ; Cristina Pizzutti, de Corsica et Sardinia Ferries, qui a accepté le défi avec enthousiasme, nous a donné le soutien logistique pour tester la méthodologie pour la première fois sur un transporteur de leur flotte, (accueillant également l’équipe de vidéastes qui a fait le tournage) ; Fulvio Maffucci, pour avoir traité avec différentes compagnies maritimes afin de délivrer des permis de prélèvement d’échantillons à bord. Nous remercions Roberto Lombardo, dont le projet de thèse de maîtrise a initié l’exploration de l’ADNe et des ferries. Enfin, nous remercions les compagnies maritimes qui nous ont permis d’embarquer et de prélever des échantillons d’ADNe dans le cadre du projet LIFE-CONCEPTU MARIS, car cela nous a donné l’occasion de tester notre méthode sur plusieurs navires différents à travers la mer Méditerranée : Grimaldi Lines, Minoan Lines, Tirrenia, Balearia, Corsica and Sardinia Ferries, Grandi Navi Veloci (GNV). Le projet LIFE-CONCEPTU MARIS, financé par l’UE, fournit la preuve de concept de la reproductibilité de l’approche à grande échelle, en plus de financer la production de cette publication vidéo qui permettra au protocole opérationnel normalisé (SOP) d’être répandu auprès d’une communauté scientifique plus large et du public. Nous remercions Mattia Nocciola et Francesco Tommasinelli (Triton Research) d’avoir fourni quelques images du protocole. Enfin, nous remercions toutes les équipes qui ont interagi avec nous et qui nous ont aidés à effectuer notre échantillonnage au cours des 5 dernières années.
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| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Membranes filtrantes de 4,7 cm de diamètre | Biosigma S.p.A. | https://www.biosigma.com/ | Membranes filtrantes de 0,45 &mu ; m porosité, emballé individuellement ; |
| Flacons isothermes 4/5 L | Duran | https://www.duran-bottle-system.com/ | Flacon en verre de 5 L avec bouchon |
| Tampons en papier absorbant | Advantec MFS, Inc. | https://www.advantecmfs.com/category/absorbent-pads-1 | Tampons absorbants en papier filtre, taille 47 mm. |
| Bag-in-Box (BiB) | G.M.V. Agricenter S.r.l. | https://www.gmvagricenter.it/ | Sacs en boîte de 10 litres avec robinet |
| Cylindres filtrants ; | Sartorius AG | https://shop.sartorius.com/in/industrial-microbiology-filtration-devices/biosart-100-monitors/p/M_Biosart_100_Monitors# | Biostart 100 Cylindres de moniteur, avec 0,45 &mu ; membrane M incluse ; |
| Film d’étanchéité | Merck | https://www.sigmaaldrich.com/IN/en/product/sigma/hs234526a?utm_source=bing&utm_medium= cpc& utm_campaign=all+product_ dsa_WW_ %28bing+ebizpfs %29& utm_id=626946489& utm_content= 1166583023365595& msclkid= d2b55b82440b1aef56fc3ca803c 6486f& utm_term= %2Fproduct %2F | Rouleau de 4 pouces x 125 pieds de film d’étanchéité de laboratoire |
| Pompe à vide | KNF Group | https://knf.com/en/us | Laboport Pompe à vide portable N. 96 ; |
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