Les lacs, naturels ou artificiels, fournissent de l'eau, de la nourriture et des habitats à la faune, tout en soutenant les économies locales. Partout dans le monde, cependant, les lacs sont de plus en plus menacés par des bactéries toxiques qui rendent l'eau verte.

C'est le même vert que celui que l'on voit dans les étangs stagnants. Elle est causée par de minuscules organismes appelés cyanobactéries et peut être mortelle.

Les cyanobactéries prospèrent dans des lacs et étangs chauds et ensoleillés, particulièrement lorsque l'eau est riche en azote et en phosphore, des nutriments issus des engrais, du fumier et des eaux usées.

Lorsque les conditions sont favorables, les cyanobactéries se multiplient rapidement et forment des écumes vertes malodorantes à la surface de l'eau.

Connu sous le nom de cyanoHABs (cyanobacterial harmful algal blooms) en anglais, ces écumes sont nocives pour le bétail, la faune, les animaux domestiques, les personnes et les organismes aquatiques tels que les poissons. Les toxines rendent l'eau non traitée impropre à la consommation, à la baignade ou même au simple contact. Elles peuvent parfois se retrouver en suspension dans l'air et être inhalées. Les cyanobactéries nuisent également aux écosystèmes en épuisant l'oxygène, en tuant tout ce qui vit dans l'eau et en perturbant les réseaux alimentaires et la pêche.

Les cyanobactéries sont une menace mondiale et font l'objet d'une attention scientifique considérable en Amérique du Nord et en Europe. Les efflorescences deviennent plus répandues dans le monde entier car la hausse des températures favorise la croissance des cyanobactéries et les pluies plus intenses apportent des nutriments provenant du paysage. Seule une gestion efficace des nutriments peut inverser cette tendance.

Le problème est insuffisamment étudié dans les principaux lacs d'Afrique, y compris le plus grand d'entre eux, le lac Victoria. Les recherches antérieures sur les cyanobactéries toxiques ont principalement utilisé la microscopie pour étudier les types de cyanobactéries toxiques qui s'y trouvent, mais la microscopie ne permet pas de faire la différence entre les cellules cyanobactériennes toxiques et non toxiques.

Nous sommes une grande équipe de scientifiques d'un projet qui étudient les effets socio-économiques et environnementaux des cyanobactéries toxiques dans la région du golfe Winam du lac Victoria, dans le sud-ouest du Kenya.

Notre dernière étude a permis d'identifier les cyanobactéries les plus abondantes dans le golfe et celles qui produisent la principale toxine préoccupante.

Ces découvertes peuvent améliorer la sécurité publique :

• les autorités locales peuvent surveiller la présence de cyanobactéries spécifiques et demander aux résidents de rester à l'écart en cas de prolifération
• les pratiques de prévention des cyanoHAB (réduction des nutriments, pratiques d'utilisation des terres) peuvent cibler les cyanobactéries à l'origine du problème.

Écologisation des lacs

Le lac Victoria reçoit désormais d'importants apports de nutriments en raison de l'augmentation de la population riveraine et des changements dans l'utilisation des terres. Les nutriments provenant de l'agriculture, de l'industrie et de l'urbanisation alimentent la croissance des cyanoHAB.

Les cyanobactéries toxiques se développent dans de nombreux bassins du lac Victoria, mais sont fortement concentrées dans le golfe peu profond de Winam/Nyanza au Kenya. L'évolution des conditions de nutriments et de température peut également modifier les types de cyanobactéries qui dominent le golfe ainsi que les types et les niveaux de toxines dans l'eau. Les communautés riveraines qui dépendent du golfe pour l'eau potable et les tâches domestiques risquent d'être exposées aux toxines des cyanobactéries toxiques.

Les recherches antérieures sur les cyanoHAB principalement se sont appuyées sur la microscopie, l'une des plus anciennes techniques microbiologiques, pour identifier les types de cyanobactéries présents dans le golfe de Winam. Cette technique ne permet pas de faire la différence entre les cellules cyanobactériennes toxiques et celles non toxiques.

Les technologies modernes de séquençage génomique offrent une solution plus avancée : elles peuvent identifier les gènes responsables de la production de toxines, connues ou nouvelles, ainsi que d'autres molécules potentiellement intéressantes, notamment celles ayant des propriétés médicinales. Pourtant, les données génomiques sur les Grands Lacs africains restent rares, laissant largement inexplorées les capacités chimiques des bactéries de cette région. Mais la situation commence à évoluer.

Notre dernière étude s'inscrit dans une série de recherches récentes menées par notre équipe autour du Lac Victoria. Au cours de cette enquête, notre navire de recherche a effectué des prélèvements scientifiques sur plus de 31 sites. Les échantillons ont ensuite été analysés pour déterminer leur ADN, le « mode d'emploi » biologique présent dans chaque être vivant. L'ADN détermine la croissance, le fonctionnement, la reproduction et, dans le cas des cyanobactéries, la production de toxines mortelles. Grâce à ces analyses, nous avons obtenu des séquences génomiques quasi complètes, soit l'ensemble des gènes contenus dans l'ADN des organismes échantillonnés.

Des rapports antérieurs ont identifié Microcystis comme étant la cyanobactérie dominante dans le golfe du Mexique. Nos recherches ont cependant révélé que Dolichospermum était le type le plus abondant lors des principaux événements de cyanobactéries. Cette découverte pourrait être due aux récents changements environnementaux dans la région.

Mais nous avons établi un lien entre Microcystis et la microcystine. Il s'agit d'une toxine hépatotoxique qui peut tuer le bétail, la faune et les humains, en particulier ceux dont le système immunitaire ne fonctionne pas bien. Dans le golfe de Winam, cette toxine dépasse souvent les seuils de sécurité établis par l'Organisation mondiale de la santé (OMS).

Notre étude a également révélé que Microcystis se trouve principalement dans les embouchures où l'eau est plus trouble et où les nappes verdâtres ne sont pas visibles. D'où la nécessité de renforcer davantage la surveillance scientifique et les alertes publiques.

Les autorités locales peuvent désormais surveiller ces cyanobactéries et demander aux habitants de rester à l'écart en cas de prolifération.

Les résultats permettent également aux autorités de savoir quelles cyanobactéries cibler dans le cadre des efforts de prévention, comme la réduction de la quantité de phosphore et d'autres nutriments entrant dans le golfe.

Enfin, notre étude génomique a permis de découvrir plus de 300 gènes non caractérisés susceptibles de produire de nouvelles molécules cyanobactériennes. Ces molécules pourraient avoir des effets toxiques ou thérapeutiques et offrir une opportunité d'exploration aux futurs chercheurs.

Un modèle pour l'avenir

La croissance rapide de la population humaine et l'implantation de colonies autour des lacs et de leurs bassins versants entraînent des niveaux élevés de nutriments dans les lacs du monde entier. Cela entraîne une croissance excessive d'algues et de plantes aquatiques. Ce danger est susceptible de s'accroître avec le réchauffement climatique, car les températures élevées favorisent la prolifération des algues.

Nos données fournissent une base pour remédier à cette situation dans le lac Victoria - et peut-être même pour découvrir des propriétés bénéfiques cachées dans les cyanoHABs.

Lauren Hart, PhD candidate, Michigan Geomicrobiology Lab, University of Michigan

George S Bullerjahn, Distinguished Research Professor and Director, Great Lakes Center for Fresh Waters and Human Health, Bowling Green State University

Gregory J. Dick, Professor, University of Michigan

Kefa M. Otiso, Professor of Geography, Bowling Green State University