Les lucioles, le ver luisant, les luciférines et la bioluminescence

Les lucioles :

Luciole

La famille des lucioles et des lampyres (Lampyridae) regroupe plus de 2 000 espèces connues de coléoptères produisant presque tous de la lumière (jaune à verdâtre, longueur d'onde de 510 à 670 nanomètres). Ces insectes, en tant que petits prédateurs de la strate herbacée et buissonnante, jouent un rôle important dans leur niche écologique en limitant notamment la pullulation des chenilles, escargots et limaces.

Les lucioles sont en voie de régression presque partout dans le monde probablement en raison de la conjonction de plusieurs facteurs (généralisation de l'usage d'insecticides, pollution lumineuse et, selon des données récentes, parfois en raison du dérèglement climatique). Elles sont l'insecte-emblème de deux États américains et ont été déclarées « trésor national » au Japon.

Le ver luisant :

Ver luisant

Le lampyre, Lampyris noctiluca, communément appelé ver luisant, est une espèce d’insectes coléoptères de la famille des Lampyridae, de la sous-famille des Lampyrinae. Le mot vient du latin lampyris qui vient lui-même du grec λαμπυρίς dérivé du verbe grec λάμπειν, « briller ». Il s'apparente aux Lucioles (du genre Luciola, sous-famille des Luciolinae)1. Malgré son nom de ver luisant, le lampyre n'est pas un ver, mais bien un coléoptère.

Les luciférines :

Représentation topologique de la luciférine de luciole

Les luciférines sont des molécules dont l'oxydation, sous le contrôle d'une enzyme, la luciférase, aboutit à la formation d'oxyluciférine et à l'émission de photons. La luciférine a été découverte chez plus de 300 espèces capables de bioluminescence.

Il existe cinq types de luciférine, chacun étant lié à une luciférase spécifique :

 - Luciférine de luciole : L'espèce la plus étudiée est Photinus pyralis (le lampyre). Cette molécule est largement utilisée dans plusieurs techniques courantes de dosage.

 - Luciférine bactérienne : La luciférine bactérienne est trouvée dans des bactéries et certains céphalopodes.

 - Luciférine de dinophytes : La luciférine de dinophytes est un dérivé de la chlorophylle. Un type de luciféine très proche est trouvé dans le krill, prédateur des dinophytes.

 - Luciférine de cyprinidés : Ce type de luciférine, également appelé Varguline, est trouvé chez certains ostracodes (Vargula hilgendorfii par exemple) et poissons des profondeurs.

 - Coelentérazine : Cette luciférine est également issue du milieu aquatique. Elle est trouvée chez les radiolaires, cténophores, cnidaires, calmars, copépodes, chaetognathes, certains poissons et crevettes.

La bioluminescence :

Mécanisme général des réactions de bioluminescence

La bioluminescence est la production et l'émission de lumière par un organisme vivant via une réaction chimique au cours de laquelle l'énergie chimique est convertie en énergie lumineuse.

Le mot a pour origine le terme grec bios signifiant vie et le terme latin lumen, lumière.

La bioluminescence est une forme de luminescence, produisant une lumière dite froide car moins de 20 % de la lumière génère de la chaleur.

Le composé chimique à l'origine de la luminescence est la luciférine. Celle-ci émet de la lumière en s'oxydant grâce à l'intervention de la luciférase, une enzyme. La réaction chimique peut avoir lieu à l'intérieur ou à l'extérieur de la cellule. Chez les bactéries, l'expression des gènes liés à la bioluminescence est contrôlée par un opéron appelé lux operon.

Il a été montré que 76 % des organismes pélagiques sont connus pour être bioluminescents, et cela de la surface jusqu'à 4 000 m de profondeur. 

Les applications de la bioluminescence :

 1°) La bioluminescence dans l'industrie agroalimentaire

La présence d'ATP dans la réaction de bioluminescence permet de simplifier de nombreux contrôles classiques.

Le dosage de l’ATP (ATPmétrie) possède plusieurs domaines d'applications dans l'alimentaire :

 - Évaluer l'état de fermentation des produits laitiers.

 - Contrôler la stérilité des surfaces (eau de rinçage, débris alimentaires, moisissures,...) en contact avec des produits alimentaires.

 - Contrôler l'hygiène lors de la mise en bouteille de vin (œnologie).

 - Contrôler l'état de contamination des boissons comme le Coca-Cola.

 - Prévoir une date de péremption d'un produit.

 2°) La bioluminescence dans le domaine médical

La bioluminescence dans le domaine médical est une vraie révolution.
 
 - Dans le secteur du domaine de l'imagerie cérébrale :  Cette technique  permet de suivre l'activité neuronale et peut même permettre de tracer un réseau de neurone. Cela débouche sur  plusieurs révolutions  comme par exemple :
 
    + La possibilité d'étudier des zones du cerveau encore mal connues telles que les neurones du corps ellipsoïdal, qui est une structure impliquée dans la régulation de l'activité locomotrice.
 
    + Des cartes inédites anatomo-fonctionnelles ont pu être tracées. Ces cartes sont très informatives sur l'activité globale de l'ensemble du cerveau et permettent de comparer l'activité cérébrale par exemple chez un mâle et chez une femelle ou alors en fonction de l'âge du cerveau.
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 - En cancérologie : le principe de cette application est le suivant: un gène modifié code pour la luciférase. On injecte ensuite de la luciférine ce qui permet de capter, avec une caméra ultra-sensible, la lumière émise à l'intérieur du corps.
Cela permet :

    + De suivre la migration de cellules immunitaires : en effet, les cellules deviennent observables dans l'obscurité car elles sont marquées par la luciférase  et peuvent donc être suivies lors de processus d'inflammations ou dans des cas tumoraux.
 
​    + D'évaluer l'éfficacité du traitement de la maladie : les tumeurs sont génétiquement modifiées pour exprimer la luciférase. Plus elles sont nombreuses, plus leur signal lumineux est  important. On peut donc voir si un traitement est efficace ou non en fonction de son efficacité à faire diminuer le signal lumineux. 

 3°) La bioluminescence dans l 'environnement

La bioluminescence est également très utile dans le traitement des eaux  pour vérifier si l'eau est correctement traitée et désinfectée. Dans ce cadre de traitement des eaux, deux cas de figure peuvent être souhaités : 
 
​Enfin, pourquoi ne pas utiliser la bioluminescence comme alternative à l’éclairage public ? Cela ne consommera pas d’électricité.

Les lucioles femelles attirent les mâles pour les dévorer

2 minutes pour comprendre le ver luisant

La bioluminescence

La fonction biologique, le contrôle et l'application de la bioluminescence

Lucioles et bioluminescence

 

Références :

 - Lampyridae

 - Lampyre

 - Luciférine

- Bioluminescence

 - La bioluminescence dans notre quotidien.