La bioluminescence
Chez inLux, on fait de la bioluminescence. Mais qu’est-ce que c’est vraiment ?
Vous vous demandez peut-être : La bioluminescence, c’est quoi exactement ? Est-ce qu’on insère des mini lampes dans des bactéries ? Non, pas d’électriciens microscopiques chez inLux ! C’est beaucoup plus simple et surtout beaucoup plus fascinant.
La bioluminescence : quand la nature s'illumine toute seule
La bioluminescence, c’est cette capacité qu’ont certains organismes de produire de la lumière par eux-mêmes. Et, croyez-le ou non, c’est un phénomène tout à fait naturel. Prenez par exemple les plages du Mexique, où la mer scintille la nuit. Ce spectacle incroyable est dû à de minuscules organismes marins qui émettent de la lumière, créant un effet magique. En fait, environ 75% des organismes vivant en pleine mer (bactéries, algues, méduses, vers, crustacés, étoiles de mer, poissons, etc.) produisent cette lumière naturelle [1]. Dans l’océan, cette capacité est essentielle pour la communication, la chasse et le camouflage.
La bioluminescence n’est pas seulement fascinante dans le monde marin. Par le passé, des civilisations ont exploité ce phénomène. Par exemple, selon certains récits historiques, Pline l’Ancien, un philosophe romain, aurait utilisé de la lumière produite par le mucus de méduse pour éclairer son chemin [2]. Au XVIIème siècle, des médecins comme Georg Eberhard auraient observé des peuples d’Indonésie utiliser des champignons bioluminescents comme torches dans la forêt. On raconte même que certains mineurs, avant l’invention des lampes de sécurité, utilisaient des lucioles et des bactéries bioluminescentes dans des pots pour s’éclairer sous terre. Oui, la nature sait comment nous en mettre plein les yeux, littéralement [3].
Alors, comment ça fonctionne ?
Au cœur du mécanisme de la bioluminescence se trouve un processus métabolique complexe, qui repose sur l’expression de certains gènes. Ces gènes codent pour des enzymes, comme la luciférase, qui catalysent une réaction chimique entre la luciférine (un substrat) et l’oxygène, produisant ainsi de la lumière. Contrairement à une ampoule qui convertit de l’énergie électrique en lumière, ici, c’est l’énergie chimique qui est convertie directement en lumière. Pas besoin d’électricité donc, juste de la science naturelle à son état pur !
Fluorescence vs. Bioluminescence : Quelle est la différence ?
Si la bioluminescence est déjà assez impressionnante, vous avez peut-être aussi entendu parler de la fluorescence. Mais attention à ne pas confondre les deux ! La fluorescence désigne la capacité d’un organisme ou d’une substance à absorber de la lumière à une certaine longueur d’onde et à la réémettre instantanément à une autre longueur d’onde, souvent visible. Contrairement à la bioluminescence, la fluorescence ne produit pas sa propre lumière, elle a besoin d’une source externe pour « s’allumer ».
Et oui, la fluorescence se retrouve aussi dans la nature, comme chez certaines méduses ou poissons tropicaux. Mais la différence clé est que la bioluminescence produit sa propre lumière, alors que la fluorescence nécessite une excitation extérieure pour être visible.
Un peu d'histoire : la recherche sur la bioluminescence
Depuis des années, les chercheurs s’intéressent à la bioluminescence pour ses nombreuses applications scientifiques.
Par exemple, des scientifiques de l’EPFL ont mis au point une méthode permettant de quantifier le métabolisme du glucose dans les tumeurs cancéreuses en temps réel, en rendant ces cellules bioluminescentes (BiGluc).
La fascination scientifique pour la bioluminescence remonte à plusieurs siècles. En 1753, Benjamin Franklin aurait émis une hypothèse surprenante : il pensait que des créatures minuscules dans l’eau pouvaient être à l’origine de la lumière visible. Cette idée s’est confirmée avec les premiers microscopes, qui ont révélé que cette lueur provenait en réalité du phytoplancton, un micro-organisme marin.
Plus tard, à la fin du XIXe siècle, le physiologiste lyonnais Raphaël Dubois [4] – illustré à droite dans sa salle des collections de biologie marine – a élucidé un mécanisme clé derrière la bioluminescence. Il a découvert la réaction entre la luciférine (une molécule) et la luciférase (une enzyme), qui produit de la lumière. Ce processus a été observé dans de nombreux organismes, la plus célèbre étant la luciole.
Un tournant majeur dans l’étude de la bioluminescence est survenu dans les années 1960 grâce au scientifique japonais Osamu Shimomura. À l’Université de Princeton, il a entrepris d’étudier la lumière émise par une méduse appelée Aequorea victoria [5]. C’est là qu’il a identifié l’aequorine, une protéine spéciale qui réagit avec le calcium pour produire de la lumière.
Cependant, cette protéine ne générait pas beaucoup de photons, ce qui a retardé les applications d’imagerie calcique jusqu’en 1978 [6].
Mais la plus grande découverte de Shimomura a été la protéine fluorescente verte (GFP), caractérisée en 1979, une révolution en biologie cellulaire. La GFP est rapidement devenue un outil indispensable pour suivre et visualiser les processus cellulaires en temps réel.
Ce travail pionnier a valu à Shimomura le prix Nobel de chimie en 2008. Une simple explication d’un phénomène naturel a finalement déclenché une véritable révolution en biologie cellulaire. Les outils de fluorescence et de bioluminescence sont devenus des outils essentiels, permettant d’observer et de suivre les mécanismes cellulaires en temps réel. Ces avancées ont changé notre façon de comprendre et d’étudier la vie à l’échelle microscopique.
L'explosion des applications de la bioluminescence
Depuis ces premières utilisations, la bioluminescence a littéralement explosé en termes d’applications. Aujourd’hui, on la retrouve dans de nombreux domaines, allant de la détection de certaines maladies à la surveillance environnementale, en passant par la recherche fondamentale sur cellules vivantes. Les scientifiques l’utilisent comme un marqueur visuel très efficace pour observer ce qui se passe à l’intérieur des cellules, sans perturber leur fonctionnement.
De son côté, la fluorescence a aussi évolué avec des applications variées, surtout en imagerie cellulaire et en microscopie. Grâce aux différentes variantes de protéines fluorescentes, on peut maintenant suivre en temps réel les interactions moléculaires dans des cellules vivantes.
Alors, que ce soit pour étudier le fonctionnement d’une cellule, détecter des polluants ou imaginer des applications comme éclairer nos villes avec des arbres bioluminescents – une idée déjà concrétisée par la startup Aglaé, qui souhaite créer des espaces urbains éclairés naturellement par les végétaux, vue dans Qui veut être mon associé ? en 2024 – la bioluminescence continue d’être une source d’inspiration incroyable. Chez inLux Biotech, nous puisons dans ces merveilles naturelles pour éclairer la recherche végétale.
Sources
1 Sorbonne Université. (s.d.). La bioluminescence : une caractéristique des organismes des profondeurs marines.
2 Vincent, J.-F. V. (2020). Biomimétisme : On n’a rien inventé. Sciences et technologies pour l’homme, (5), 49-52.
3 Pickrell, J. (2016, 19 octobre). The secret history of bioluminescence. Hakai Magazine.
4 Dubois R. Fonction photogénique chez Pholas dactylus. CR Soc Biol 1887; 39 : 564–5.
5 Gilkey JC, Jaffe LF, Ridgway EB, Reynolds GT. A free calcium wave traverses the activating egg of the medaka, Oryzias latipes. J Cell Biol 1978; 76 : 448–66.
6 Booth, V. (2008). L’ubiquitine, une clé pour comprendre la biologie des cellules eucaryotes. Médecine/Sciences, 24(11), 983-985.