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TPE
I – La bioluminescence
A) Le phénomène de bioluminescence
La luminescence est l'émission d'un photon lumineux lors de la désactivation d'une
molécule excitée vers un état énergétique moins élevé. Selon le mode d'excitation de la
molécule, on distingue plusieurs types de luminescence. La bioluminescence est la
production et l'émission de lumière par un organisme vivant résultant d'une réaction
chimique au cours de laquelle l'énergie chimique est convertie en énergie lumineuse. On
appelle ainsi, bioluminescence le phénomène selon lequel certains êtres vivants sont
capables de produire de la lumière.
La base de la bioluminescence est une réaction enzymatique. Lorsqu'un être vivant veut
créer sa propre bioluminescence, cette lumière est produite par une réaction chimique dans
l'organisme. Le mécanisme de ce phénomène a été mis en évidence par Raphaël Dubois lors
d'une expérience qu'il a effectué sur des Lucioles en 1887.
La réaction en question est l'oxydation d'une molécule appelée luciférine en présence d'une
enzyme biocatalyzeur, la luciférase, tenant le rôle de modifier la cinétique chimique en
abaissant la barrière énergétique à franchir. Luciférine et luciférase sont différents selon les
espèces, tout comme la couleur émise, qui va du bleu au rouge selon les animaux. Les
substances chimiques sont mélangées dans des organes lumineux spécifiques et réagissent
ensemble en produisant de la lumière. Le même principe est à l’œuvre dans un bâton
lumineux. En pliant le bâton, la paroi fine séparant les substances chimiques se casse, les
substances se mélangent et le bâton commence à briller.
Dans le cas général, lorsque ces deux protéines se rencontrent, elles s’associent en un
complexe qui catalyse la réaction d’oxydation (perte d'un ou plusieurs électrons par une
molécule) de la luciférine par le dioxygène. Cette oxydation fait passer la luciférine d’un état
stable à un état électroniquement excité et instable.
C'est en retournant à son état stable que la luciférine va émettre un photon qui produit une

lumière dans les spectres du bleu et du vert généralement. Le complexe luciférine–
luciférase se désassemble en émettant en plus une molécule de CO2. Les deux protéines
sont alors disponibles pour un nouveau cycle de réaction.
La lumière produite peut ensuite être réfléchie ou amplifiée par d’autres structures
organiques.
Dans le cas de la bioluminescence chez le ver luisant ou le corail Renilla on observe la
réaction suivante:
Luciférase
Luciférine + O2 → Oxyluciférine + Lumière
Or, le biochimiste américain W.D. McElroy démontra que dans le cas de certaines espèces
comme les lucioles, cette réaction de bioluminescence nécessitait aussi de l'oxygène et de
l'ATP (Adénosine Triphosphate) en présence de l'ion divalent magnésium (Mg2+). La luciférine
est un composé carbone et possède une fonction acide carboxylique qui va être mis en jeu
durant la réaction.
Dans un premier temps, le magnésium va permettre d'activer l'ATP, qui va à son tour activer
la luciférine catalysée par la luciférase. L'ATP ne sert pas de molécule énergétique mais en
réalité le complexe MgATP sert de support pour la luciférase. Cela va alors donner lieu à la
formation de luciférine adénylate liée à l'enzyme. L'AMP (Adénine mono phosphate) formée
par l'ATP et la luciférase, se fixe sur la luciférine. Ainsi, la réaction libère le pyrophosphate
inorganique.
luciférase
Luciférine + ATP → Luciférine-adénylate-enzyme + Pyro phosphate
Mg2+
Ensuite, le complexe s'oxyde grâce au dioxygène. On obtient alors des ions peroxyluciférineadénylate-enzyme.
Le complexe devient instable et s'excite.
Luciférine-adénylate-enzyme + O2 → peroxyluciférine-adénylate-enzyme
En dernier, par décarboxylation, réaction au cours de laquelle une molécule de gaz
carbonique (CO2) est éliminée d'une molécule organique, la luciférase quitte le complexe et
on obtient de l'oxyluciférine. Cette molécule revient alors à son état stable en émettant un
photon et avec la formation de CO2.
décarboxylation
peroxyluciférine-adénylate-enzyme → oxyluciférine + CO2 + photon

Réaction chimique de la bioluminescence:
Luciférase
Luciférine + ATP + O2 + Mg2+ → Oxyluciférine + AMP + PPi + CO2 + Photons
Le signal lumineux est décroissant à cause de la consommation progressive de la luciférine
et de l'accumulation correspondante du produit qui est l'oxyluciférine. La réaction de
bioluminescence présente un temps de latence de 25 ms puis cette réaction augmente
rapidement jusqu'à son maximum au bout de 300 ms. Le pic maximum de la luminescence
est suivi d'une dégradation due à l'oxyluciférine.
Or, la réaction se passe un peu différemment chez la méduse Aequorea victoria. Alors que la
luciférine est «épuisée» après la réaction, la méduse possède une protéine qui peut être
recyclée. Cette protéine spéciale nommée aequorine peut être déchargée et chargée avec
des ions de calcium.
Ou bien elle peut être produite a partir des bactéries. Ce phénomène est uniquement connu
chez les animaux marins comme les cténophores, les cnidaires, les vers, les mollusques, les
échinodermes et les poissons. Il semble que ce soit le type de bioluminescence le plus
répandu du règne animal. Certaines espèces produisent de la lumière continue dont
l'intensité peut être neutralisée ou modulée au moyen de diverses structures spécialisées.
Les organes lumineux sont généralement reliés au système nerveux ce qui permet à l'animal
de contrôler l'émission lumineuse. Chez les bactéries, l'expression des gènes liés à la
bioluminescence est contrôlée par un opéron appelé lux operon.

Les différents types de bioluminescence présents dans la nature indiquent que le
phénomène est apparu plusieurs fois de manière indépendante au cours de l’évolution.
En effet, la réaction chimique lors de la bioluminescence peut avoir lieu à l'intérieur de la
cellule (intracellulaire) ou à l'extérieur (extracellulaire). Mais la bioluminescence peut être
également générée par des bactéries symbiotiques hébergés au sein d'un organisme.
B) Les types de bioluminescence
Il existe différents types de bioluminescence. En effet, on distingue deux différentes sortes
d'organes bioluminescents.
Les premiers sont des organes fait de glandes qui sont spécialisées dans la production et le
stockage des substances bioluminescentes. Nous pourrons parler de deux phénomènes, la
bioluminescence intra-glandulaire et la bioluminescence extra-glandulaire. Enfin, il existe
des organes habités par d'importantes populations de bactéries qui sont elle-même
responsables de la bioluminescence.
En étudiant de nombreux spécimens d'animaux bioluminescents, les scientifiques ont
découvert une extraordinaire variété d'organes lumineux. De ces organes, les scientifiques
ont facilement montré que certains avait un rapport direct avec la création de
bioluminescence alors que d'autres pas, puisqu'ils intervenaient une fois la lumière
produite.
• Intracellulaire
La bioluminescence intracellulaire est générée par des cellules spécialisées du corps (les
photocytes) de certaines espèces pluricellulaires dont la lumière est émise vers l'extérieur à
travers la peau ou intensifiée par des lentilles et des matériaux réfléchissants (comme les
cristaux d'urate des lucioles ou les plaques de guanine de certains poissons).
Les organes responsables d'émissions lumineuses sont les photophores. Ces cellules sont

composées d'un réflecteur, de cellules très élaborées formant des couches pigmentaires, de
cellules glandulaires et des bâtonnets qui orientent la lumière vers une grosse cellule unique
qui joue le rôle de cristallin. La réaction enzymatique qui libère les photons se produit à partir
des cellules glandulaires.
Ce type de bioluminescence est celle de nombreuses espèces de calamars ou bien les
Euphausiacés (krill), divers Protozoaires et certaines Méduses (Aequora) qui possèdent des
photophores. C'est aussi le cas de diverses espèces d'insectes dont le ver luisant ou lampyre
et la luciole.
Seuls les photophores sont lumineux
• Extracellulaire
Les émissions lumineuses peuvent être produites hors d'une cellule. La bioluminescence
extracellulaire est réalisée à partir de la réaction entre la luciférine et la luciférase. Une fois
synthétisé, les substances responsables de la production de lumière sont stockées dans des
glandes de la peau ou sous celle-ci. L'expulsion et le mélange de chaque réactif à l'extérieur
produit des nuages lumineux. Les substances responsables de la production de lumière sont
émises dans l'eau de mer. Leur mélange provoque un nuage lumineux.
Ce type de bioluminescence est commun à quelques espèces de crustacés, aux céphalopodes
abyssaux ainsi qu'aux lucioles.
Divers Ostracodes (Cyprinida), des Copépodes (Metridia lucens) produisent de tels types de
phénomènes de luminescence. Chez des protozoaires comme les noctiluques, la
bioluminescence est produite au moment où l'organisme se trouve au contact de l'oxygène
de l'air. C'est la raison qui fait que cette bioluminescence s'observe à la côte, pendant la nuit,
au niveau des déferlantes des vagues ou bien dans le sillage de l'hélice du bateau quand on
navigue au large.

La bioluminescence des noctiluques observée dans une côte à Hong Kong
• Symbiose avec des bactéries
C'est le type de bioluminescence le plus répandu du règne animal. La symbiose est une
association à bénéfice mutuel, intime et durable entre deux organismes hétérospécifiques
(espèces différentes), parfois plusieurs. Les organismes sont qualifiés de symbiotes et ne
peuvent survivre séparément. Le plus gros organisme peut être nommé hôte.
À différents endroits du corps, les animaux disposent de petites vésicules, communément
appelées photophores qui renferment des bactéries luminescentes. Elles sont généralement
situées le long de la ligne médiane de la paroi abdominale. Ces espèces cohabitent donc avec
des bactéries luminescentes, et produisent de la lumière que lorsque que la densité des
bactéries est élevée.
Ces dernières sont présentes chez les plantes et les animaux, par exemple au sein du système
digestif où elles aident à la digestion des aliments. Les bactéries symbiotiques peuvent
également être associées avec d'autres bactéries notamment au niveau des cheminées
hydrothermales. Elles sont présentes dans tout le règne animal et affectent soit la nutrition,
le développement, la reproduction ou bien l'immunité de l'organisme hôte.
La symbiose peut être de deux types :
- L'ectosymbiose: Le symbiote vit à la surface de l'hôte (ce qui inclut la paroi intestinale et les
conduits des glandes exocrines)
- L'endosymbiose: Le symbiote est situé dans l'espace intercellulaire, intracellulaire
(intravacuolaire ou libre dans le cytoplasme).
Ce phénomène est uniquement connu chez les animaux marins comme les cténophores, les
vers, les mollusques, les échinodermes, les poissons.
Exemple de bactérie marine Vibrio fischeri: Cette bactérie peut se retrouver libre mais
également en symbiose dans des organes particuliers de certains poissons (calmars,
céphalopodes). C'est dans cette situation qu'elle est bioluminescente car en forte densité (de

l'ordre de 10^10 cellules/mL).
Cette symbiose fournit un environnement riche en nutriments pour les bactéries et permet
aux "hôtes" d'échapper à leur prédateurs; repérés habituellement à cause de leur ombre, les
calmars peuvent désormais leur échapper, devenant lumineux grâce aux bactéries.
L'association est donc à bénéfice mutuel pour les deux espèces et ainsi, la bioluminescence a
de divers fonctions.
Des colonies de bactérie marine Vibrio fischeri à la lumière du jour (à gauche) et à l'obscurité (à
droite).
C) Les fonctions de la bioluminescence
Peu d'espèces animales utilisent la bioluminescence (1% des êtres vivants) car elle demande
énormément d'énergie. Elle est essentiellement utilisée dans des milieux extrêmes qui la
rendent indispensable (90% des organismes des mers profondes). La plupart des espèces
abyssales sont luminescentes. Bien qu'observée dès l'Antiquité, la bioluminescence ne fait
l'objet de recherches scientifiques sérieuses que depuis une centaine d'années seulement.
De nombreux détails restent encore à clarifier, mais les mécanismes cellulaires et
moléculaires qui contrôlent cette émission de lumière ainsi que ses multiples fonctions sont
aujourd'hui assez bien connus chez certains animaux. La bioluminescence peut être
discontinue et contrôlée par le système nerveux comme chez la luciole, ou continue comme
chez certains poissons. Certains organismes ne sont pas capables de produire leur propre
lumière. Ils vivent en symbiose avec des bactéries bioluminescentes, qui produisent de la
lumière continue.
Des insectes comme le lampyre (vert luisant), des mollusques comme la pholade, certains
céphalopodes comme le calmar et des poissons comme le poisson pêcheur produisent de la
lumière. Mais les espèces bioluminescentes appartiennent, pour la plupart, au monde des
bactéries. Cependant la luminescence est majoritairement représentée en milieu marin où,
en profondeur, elle devient commune puisque 95% des individus récoltés à -4.000 m sont
lumineux.
Dans les abysses, là où la lumière du soleil ne parvient pas, au moins 80 % des espèces sont
bioluminescentes. La bioluminescence joue divers rôles : communiquer avec les congénères,
tromper ou effrayer les prédateurs, se camoufler, etc.

Les fonctions de la bioluminescence:
Les scientifiques estiment que la bioluminescence peut avoir six fonctions pour les
organismes :
• Le camouflage: les poissons et autres animaux marins utilisent leur bioluminescence
pour être moins visibles des prédateurs situés en dessous d’eux : lumineux, ils se
détachent moins de la surface claire au-dessus d'eux. Par exemple, L'Argyropelecus
utilise la bioluminescence à ce fin. On observe d'ailleurs l'émission de lumière bleue
le long de face ventrale.
Sur cette image on peut voir a droite un poisson non bioluminescent qui est donc vulnérable
au prédateur car très visible par rapport à la surface de l'eau, à droite un poisson
bioluminescent qui est donc camouflé car il a une couleur très proche a celle de l'eau.
• L’attraction de partenaires sexuels ou de proies: De nombreux animaux emploient
la bioluminescence pour attirer vers eux des congénères pour l'accouplement, des
proies, ou bien les deux.
Chez divers organismes marins, la bioluminescence est un signal qui permet aux
partenaires sexuels de se retrouver grâce à un flash périodique au niveau de leur abdomen
et soit de copuler, pour les insectes, soit, chez les poissons, les vers, les cœlentérés, etc.
d'émettre, à peu près au même endroit, les œufs et la semence qui les fécondera.
Autre exemple avec la pieuvre Japetella, les femelles portent des photophores qui ne se
développent qu'à la maturité sexuelle, et disparaissent lorsqu'elles cessent d'être
reproductrice.
Un appendice lumineux ballant et s'étendant au-dessus de la tête du poisson comme les
baudroies permet ainsi d'attirer les petits animaux à une distance autorisant l'attaque.
Chez le lampyre d'Europe, la femelle est dépourvue d'ailes: il s'agit de ce que l'on appelle
communément le « ver luisant ». Tout en luisant sur un arbre, elle attend qu'un mâle la repère
et vole jusqu'à elle.

Une lampyre lumineuse La pieuvre Japetella Le poisson lanterne
Les parades les plus spectaculaires sont certainement celles des lucioles et des lampyres,
tous deux des coléoptères. Selon les espèces, un seul sexe ou les deux peuvent émettre de la
lumière. D'étonnantes méthodes d'émission de signaux lumineux ont été mises au point afin
d'éviter la confusion lorsque plusieurs espèces communiquent simultanément.
De manière générale, les lucioles adultes se nourrissent peu, mais les femelles Photuris, plutôt
grandes, font exception. Ce qui est particulièrement remarquable chez l’espèce Photuris est
la manière dont la femelle convertit ses signaux pour attirer un congénère mâle ou une proie.
Avant l'accouplement, les femelles répondent normalement aux messages des mâles de leur
propre espèce. Après l'accouplement, elles répondent avec le code approprié aux appels des
mâles d'autres espèces. Lorsque ces mâles s'approchent d'elles, les femelles Photuris les
dévorent.
De plus, certaines parades lumineuses sont particulièrement spectaculaires dans la mesure
où d'énormes populations de mâles émettent leurs flashs de manière synchrone. Bien que
moins connue, ce genre de parade existe également chez certains organismes marins,
notamment les petits crustacés Vargula.
La côte d'Okayama illuminée par les petits crustacés Vargula
Le plancton bioluminescent, que l'on trouve dans les eaux propres, comme sur les côtes nord
de Bretagne près de Saint-malo, dans les réserves , en Corse et au sud-est de la France :
Porquerolles ... Les micros organismes composant le plancton utilisent la bioluminescence
pour être mieux vus des poissons : le poisson, attiré par ses lumières arrive et les avale. La
plancton se reproduit plus vite dans l'abdomen du poisson que dans l'eau alentour (présence
de bactéries, température plus élevée ...), et il arrive ainsi que dans des régions ou l'eau est

plutôt pure, on puisse voir de petits nuages bleutés se former dans l'eau si on s'amuse à la
remuer.
Phytoplancton sur une plage des Maldives
Mosquito Bay, ou la Baie des moustiques, sur l’île de Porto Rico, compte parmi les plus
beaux réservoirs à bioluminescence. Les experts sont unanimes : il s’agit du seul endroit au
monde où l’on trouve une telle concentration d’organismes de ce type. Grâce aux courants
marins, les algues microscopiques ne quittent pas la baie, où elles profitent d’un taux de
substances nutritives incroyablement élevé. De plus, la végétation de la mangrove
surplombe l’eau salée ; quand les feuilles mortes tombent sur l’eau et y pourrissent, les
conditions optimales sont réunies pour la reproduction des dynoflagellés.
Mais il existe d’autres facteurs susceptibles d’influencer les protozoaires : par exemple, plus
le soleil brille sur l’eau, plus les algues brilleront la nuit venue. La lumière des dynoflagellés
leur sert à se protéger. Ils éclairent les prédateurs venant à leur rencontre tout en attirant
leurs ennemis.
• La répulsion des prédateurs: la projection de liquide luminescent peut en effet
perturber un prédateur lors d’une attaque, ce qui facilite la fuite de la proie de la
même manière que beaucoup de calmars utilisent l'encre.

Calmars bioluminescents
Chez les plus grands animaux, le rôle protecteur de la bioluminescence peut être de révéler
voire d'exagérer la taille de l'animal qui la produit. De nombreux poissons possèdent en effet
de minuscules organes lumineux, disposés sous les nageoires et le long des bords supérieurs
et inférieurs du corps, qui illuminent leur silhouette. De même, les méduses Atolla et
Periphylla, qui vivent dans tout l'océan à plus de 500 mètres de profondeur, répondent à
l'attaque d'un prédateur par des ondes lumineuses successives qui se propagent sur
l'ensemble du corps de l'animal.
En outre un signal luminescent peut jouer un rôle de diversion. Certains animaux marins
sacrifient en effet un fragment de leur corps qui continue à luire indépendamment. Certains
vers comme les Annélides Polychètes Acholoe, par exemple portent sur le dos de grandes
"élytres" qui se détachent s'ils sont attaqués. Les photosomes (organite générateur de
bioluminescence) situés dans "l'élytre" s'illuminent alors répétitivement, pendant que
l'ancien propriétaire rampe en lieu sûr.
D'autres espèces libèrent des nuages de sécrétions luminescentes qui produisent dans
l'obscurité un effet comparable au jet d'encre libéré en plein jour par des Céphalopodes qui
leur permettent de réagir en cas d‘attaque d‘un prédateur. Ainsi, les crevettes d'eaux
profondes Oplophorus ou Systellaspis s'échappent avec un vif coup de queue, laissant jaillir
un nuage soudain de substance luminescente, produit probablement par des glandes situées
dans la bouche. De même, les Céphalopodes des profondeurs, tels que Heteroteuthis dispar,
émettent un nuage lumineux et non pas un nuage d'encre opaque.

La Swima Bombividiris largue des bulles bioluminescentes comme leurre avant de fuir ses
prédateurs. Ces leurres sont de minuscules ballonnets, qui une fois libérées, émettent durant
quelques secondes une lumière intense qui semble pouvoir dérouter la plupart des
prédateurs, laissant au vers quelques secondes de répit pour s'enfuir.
• L’éclairage du champ visuel: en milieu marin profond et obscur, la fonction
principale de la bioluminescence est l'éclairage du champ visuel. Grâce à cette
lumière, l'organisme émetteur est aussi récepteur. La cornée de l'œil d'un poisson a
le même indice de réfraction que l'eau, de ce fait les rayons lumineux traversent la
cornée sans être déviés. Donc les poissons ont un large champ de vision grâce à un
bombement important du cristallin à travers la pupille.
• La communication: La bioluminescence pourrait également jouer un rôle direct dans
la communication entre bactéries, exemple: quorum sensing. Elle induit également
la symbiose entre des bactéries et une espèce hôte et pourrait jouer un rôle dans
l'agrégation de colonie.
Elle induit aussi la symbiose entre des bactéries et une espèce hôte et pourrait jouer un rôle
dans l'agrégation de colonie.
En effet, la réaction chimique lors de la bioluminescence peut avoir lieu à l'intérieur de la
cellule (intracellulaire) ou à l'extérieur (extracellulaire). Mais la bioluminescence peut être
également générée par des bactéries symbiotiques hébergés au sein d'un organisme.
Il existe différents types de bioluminescence. En effet, on distingue deux différentes sortes
d'organes bioluminescents.
Les premiers sont des organes fait de glandes qui sont spécialisées dans la production et le
stockage des substances bioluminescentes. Nous pourrons parler de deux phénomènes, la
bioluminescence intra-glandulaire et la bioluminescence extra-glandulaire. Enfin, il existe
des organes habités par d'importantes populations de bactéries qui sont elle-même
responsables de la bioluminescence.
La couleur de la lumière émise par ces différents organismes bioluminescents dépend,
entre autres, de leur habitat.
D) Le spectre de la bioluminescence

Comme nous l'avons vu, la plupart des espèces abyssales sont luminescentes. Plus l’on
descend profondément plus la proportion d’animaux luminescents augmente, ainsi, 95 %
des espèces vivant à plus de 4000 mètres de fond sont bioluminescentes. A cette
profondeur aucune lumière ne parvient (les rayons du soleil sont filtrés). C’est pourquoi la
majorité d’entre elles produisent leur propre lumière. La couleur de la bioluminescence
varie en fonction du milieu de vie, jaune dans les terres, vertes sur les côtés et bleue dans
profondeurs.
Le spectre de la bioluminescence de Luciole, présente un maximum à 560 nm mais celui-ci
peut varier. Chez les animaux marins, le spectre est beaucoup plus petit. Ce spectre peut
également être modifié en fonction du pH et de la température. Ainsi au pH neutre, dans les
conditions normales, la lumière émise est jaune-verte. Si le pH est acide, cette lumière
devient rouge. Pour des températures supérieures à 25°C la lumière émise est aussi rouge.

De plus, ce schéma montre que dans l'eau, les lumières telles que le rouge et le jaune sont
très rapidement absorbées. Les couleurs qui deviennent donc les plus visibles sont le bleu et
le vert. Nous pouvons supposer que cela est une des raison pourquoi ce sont les couleur les
plus courantes de la bioluminescence marine, elles sont tout simplement plus facilement
visible. Or, quelques poissons d'eau très profonde émettent une lumière rouge de très
grande longueur d'onde (maximum à 708 nm), invisible pour l'œil humain accoutumé à
l'obscurité. Ces poissons possèdent donc un deuxième type de pigment visuel, sensible au
rouge. Cependant, l'eau de mer absorbe particulièrement les longueurs d'ondes
correspondant au rouge et à l'ultraviolet rendant ce système efficace que sur de courtes
distances d'environ quelques mètres.
La couleur de la lumière produite varie donc en fonction du pH et des températures du
milieu. La couleur de la bioluminescence peut être modifiée par un filtre coloré composé de
cellules pigmentaires (filtre d’absorption) ou de couches réflectrices qui ne laissent passer
que certaines longueurs d’ondes. Ces longueurs d’ondes peuvent donc varier, elles sont
souvent bleues, vertes, ou même jaunes mais plus rarement rouges.
Par exemple, le Krill est une petite crevette d'eau froide capable émettre de la lumière grâce
à des organes situés sur différentes parties de son corps : près des yeux, sur les côtés de la
deuxième et septième patte et sur le sternums. Ces organes émettent une lumière jaune et
verte, au maximum durant deux à trois secondes. Ils sont considérés comme étant très
développés et leur principe peut se comparer à celui d'une lampe-torche : une surface
concave à l'arrière de l'organe qui réfléchit la lumière et une lentille à l'avant du faisceau
pour la guider.

III – Domaines
A) Appareils et techniques de mesure et leurs utilités
Contrairement à certaines substances radioactives, la bioluminescence possède un avantage
majeur: il n'est pas toxique, ce qui a encouragé l’homme à se servir de cette technique. Il est
possible de mesurer la bioluminescence de deux manières: d'abord, mesurer la quantité
d'ATP présent dans l'échantillon, ce qu'on appelle l'ATPmétrie (nous pouvons aussi utiliser le
bath photomètre qui est son équivalent mais son utilisation est sous-marins) et
deuxièmement, utiliser un luminomètre pour mesurer l'intensité de la lumière.
L'ATPmétrie
Toutes les applications liées à la bioluminescence sont en rapport avec un des réactifs de ce
phénomène, l'ATP (adénosine triphosphate) que nous avons vu précédemment. L’adénosine
triphosphate, ou ATP, est un nucléoside triphosphate formant un nucléotide qui, dans la
biochimie de tous les êtres vivants connus, fournit l'énergie nécessaire aux réactions chimique
du métabolisme, à la locomotion, à la division cellulaire, ou encore au transport actif
d'espèces chimiques à travers les membranes biologique. Il est présent dans chaque cellule
vivante, quelque soit l'organisme et est considéré que toute trace d'ATP est le témoin d'une
trace de vie.. L'ATPmétrie est une technique de biologie moléculaire, basée sur le principe de
la bioluminescence, permettant de mesurer la quantité d'ATP présente dans un échantillon.
L'adénosine triphosphate
La lumière émise par la bioluminescence est facilement quantifiable. La quantité de l’A.T.P.
présente dans l'échantillon permet aux spécialistes de se renseigner sur les activités
cellulaires de celle-ci. La concentration est alors le résultat d’un équilibre entre sa production

et sa consommation. La méthode de mesure par ATPmétrie est un test de terrain dont le
résultat est obtenu en quelques minutes.
La principale application est la quantification de la biomasse dans un échantillon à analyser,
par exemple. On injecte dans l'échantillon les réactifs nécessaire à la réaction de la
bioluminescence et ils vont réagir avec l'ATP présente dans l’échantillon, si il y en a. Cette
réaction va donc émettre de la lumière, qui va pouvoir être mesurer grâce a un luminomètre.
Le luminomètre
Le luminomètre est le moyen le plus sensible et le plus pratique pour quantifier l'intensité
de lumière dégagé par le réaction de bioluminescence. La bioluminescence permet
également de connaître la concentration de la biomasse et la santé des microorganismes,
dont la mesure de la toxicité donne un indicateur de la santé de l’environnement dans un
échantillon donné grâce à un appareil appelé luminomètre.
Chez la luciole, si les concentrations en luciférine-luciférase et en oxygène sont maintenues
constantes, alors l'intensité lumineuse est proportionnelle à la quantité d'ATP. En utilisant la
luciférine et la luciférase de la luciole, il est donc possible, grâce à un luminomètre, d'obtenir
une évaluation de la quantité d'ATP dans un échantillon. La valeur obtenue en unité relative
de lumière, permettra d'estimer la quantité d'ATP.
Cet appareil possède une chambre à échantillons qui doit être isolé de la lumière ambiante
pour éviter les interférences, puis l'appareil "compte" les photons dégagés par la réaction. Le
luminomètre est un outil nécessaire car la lumière de la réaction ne peut pas toujours être
observé a l'œil nu puisque le nombre de photons générés par les réaction de
bioluminescences peut être très faible donc pas assez pour créer de le lumière visible. De
plus, la longueur d'onde de ces photons se situe généralement entre 400 et 700 nm, c'est-àdire
entre l'ultraviolet et l'infrarouge qui ne sont pas perçus par l'œil humain.
Enfin, il envoi les informations sur un programme spécial permettant de lire les résultats. La
lumière peut être quantifiée et son intensité peut être exprimée en nombre de photons.
Donc la quantité d'ATP présente est directement liée à l'intensité lumineuse que la réaction
produit. Plus il y a d'ATP, plus l'intensité lumineuse est grande, c'est pourquoi on peut
quantifier la biomasse dans des échantillons. Ce procédé est utilisé dans de nombreux
domaines.
Leurs utilités
1. Domaine Environnemental
L’ATPmétrie trouve son utilité dans le traitement des eaux par la mesure de la biomasse
dans l’eau. La protection de l’environnement dépend en partie du bon fonctionnement des
stations d’épuration biologiques. Celles-ci sont chargées en boues, constituées d’êtres
vivants en perpétuelle évolution que l'on appelle la biomasse. La productivité des stations
est directement liée à l’état physiologique de la biomasse. C'est grâce a l'ATPmétrie, précisé
précédemment, qu'on peut mesurer cette biomasse.

• Edith Widder et l'environnement
Pour beaucoup d'espèces de poissons et de céphalopodes, la lumière est produite par une
bactérie symbiotique appartenant à l'espèce Vibrio fischeri et qui sont hébergées par des
organes lumineux de l'hôte que nous avons déjà vu dans notre première partie. Cette
bioluminescence a été étudiée pendant plus de trente ans par Edith Widder, spécialiste de ce
domaine.
Lors de ses expériences, Edith Widder a décidé d'employer les bactéries bioluminescentes
pour détecter et mesurer les pollutions. Son protocole est simple : des sédiments (de la boue)
sont prélevés au fond des estuaires puis mélangés avec les bactéries produisant de la lumière.
La lumière émise par les bactéries est alors observée et quantifiée. La présence de polluants
cause la mort des bactéries et par conséquent, une diminution de la lumière émise est
observée. Ainsi, en étudiant l'importance et la vitesse de la perte de luminosité, il est possible
de quantifier la présence des polluants et de se faire une idée approximative de la
concentration des polluants.
Ce test de toxicité permet de détecter la contamination dans les échantillons
environnementaux tels que l'eau, les sols, les sédiments et les boues. De plus on peut établir
une échelle de la concentration de toxines pouvant se trouver dans un échantillon, en
fonction de l’intensité lumineuse émise par les bactéries utilisées
Cette technique présente un très grand avantage: les mesures peuvent être faites très
rapidement alors que l'analyse des sédiments en laboratoire nécessite plusieurs jours. De
plus, en couplant ses observations écotoxicologiques, réalisées presque en temps réel, avec
la pose de capteurs mesurant la vitesse et la direction des courants d'eau, il est possible de
déterminer rapidement la source de la pollution.

Edith Widder a validé ses expériences en étudiant la pollution présente au sein de l'Indian
River Lagoon. Ce site, qui est en fait composé de trois lagons de plus petites tailles, est situé
sur la façade atlantique de la Floride aux États-Unis. Grâce à ses bactéries, elle a pu
rapidement mettre en évidence l'importance de la pollution de cet espace naturel par des
métaux lourds et par des éléments tels que les nitrates ou le phosphate. Ces pollutions ont
tendance à se concentrer à des endroits précis du site.
Cette technique présente un dernier avantage non négligeable. Elle peut rendre la pollution
visible au grand public très simplement. Montrer visuellement, et non pas par des chiffres,
l'importance de la pollution.
2. Domaine médical
La bioluminescence peut aussi être utilisé dans les diagnostics médicaux. Il est en effet
possible de connaitre rapidement le taux de contamination d'un liquide corporel grâce aux
mesures d'ATP. Il s'utilise dans plusieurs cas comme dans la dermatologie ou L'ATP s'utilise
pour voir à quelle vitesse se renouvèlent les cellules de la peau. Ou bien dans les infections
urinaires car certains malades atteints d'infections urinaires présentent un taux de bactéries
croissant dans les urines, le taux d'ATP est donc croissant aussi. Ou encore dans les
médicaments a partir de l'évaluation de la sensibilité microbienne aux médicaments.Par
ailleurs, l’A.T.P., déjà utilisée dans le cadre de l’activité cellulaire, peut déterminer la fertilité
des spermatozoïdes dans le cadre d’une activité physiologique. L’A.T.P. est présente dans
les cellules des gamètes mâles, et est donc le témoin direct de leur mobilité et de leur
fertilité.
Une maladie peut également être détectée par le phénomène de bioluminescence comme
c’est le cas de la leishmaniose. Cette maladie transmise par un moustique se glissant sous la
peau, formant des pustules, attaque, comme le sida, les cellules immunitaires, et peut même
être mortelle. Pour obtenir une estimation plus précise et plus rapide du nombre de parasites
présents dans un échantillon de cellules humaines, les médecins recourent à la
bioluminescence.
Et même encore, la maladie de tuberculose. Poser un diagnostic de tuberculose a longtemps
posé un problème à cause de la procédure de détermination des souches : en effet, la
méthode courante consiste à cultiver de manière importante la souche de Mycobacterium
tuberculosis particulière du patient, opération qui peut prendre 3 à 8 semaines. La culture est
alors testée avec les 11 médicaments disponibles, afin de voir lequel est efficace. Cette
opération peut prendre 5 semaines. Bien sûr, ces délais posent un problème, car souvent le
patient ne peut attendre le diagnostic, et si on lui administre l'un des 11 médicaments, la
probabilité est faible de lui prescrire le bon sans avoir déterminé la souche de la bactérie.
Une récente alternative à ces délais s'est mise en place et consiste à incorporer la
bioluminescence dans le test de la tuberculose. Cette méthode, qui sera bientôt parfaitement
au point, va réduire de manière conséquente le temps nécessaire au diagnostic et révéler la
résistance de la souche contractée par le patient aux anti-tuberculineux dans un délai de deux
jours. De plus, la réaction luciférine-luciférase nécessitant de l'ATP, la résistance de la souche

de culture peut être testée en ajoutant le médicament et en analysant la lumière émise. Si de
la lumière est détectée par le luminomètre, la souche est résistante car elle est toujours
vivante et produit de l'ATP. Si aucune n'est émise, la bactérie doit avoir été tuée par le
médicament et ne produit plus l'ATP nécessaire à la réaction de bioluminescence. En
réduisant le temps nécessaire à la prescription du traitement approprié, cette application de
la bioluminescence va bientôt pouvoir sauver une partie des 3 millions de victimes annuels
de la tuberculose.
3. Domaine Agro-Alimentaire
• Contrôle de contaminations microbiennes
La bioluminescence est également utilisée dans les secteurs industriels. En effet, l'utilisation
de l'ATPmétrie permet un contrôle plus simple et plus efficace de contaminations
microbiennes. C'est le domaine le plus étudié actuellement. On peut, grâce à l'ATPmétrie,
détecter la contaminations des produits tels que le lait.
Par exemple, dans le lait, L'ATPmétrie est utilisé pour détecter des cellules somatiques,
car la présence de ces cellules indique une mammite, qui est une infection du pis de la vache.
Le lait ne contient pourtant pas forcément beaucoup de bactéries.
Dans les ovoproduits, tous les produits dérivés des œufs ne doivent pas contenir plus de 10 4
bactéries par grammes l'ATPmétrie permet donc de faire des tests pour voir si ces produits
sont aux normes.
Quant aux levains, le dosage de l'ATP est la méthode la plus rapide et la plus simple pour
évaluer la viabilité des levains microbiens et concernent les domaines tels que la laiterie, la
brasserie et la vinification.
Mais l'ATPmétrie peut aussi bien être utilisé dans des tests de toxicité, dans le contrôle de
dégradation des produits textiles par des agents microbiens, dans la stérilité des produits
cosmétiques, dans des armes bactériologiques, toujours selon le même principe
• La conservation de produits
Elle est essentiellement utilisée pour la conservation de produits alimentaire comme le lait,
la viande, le vin ou les ovoproduits. Elle permet également le suivi d'une fermentation, de
l'hygiène ou encore de la stérilité des aliments ou emballages, en détectant les bactéries ainsi
que les foyer d'infections microbienne. Elle offre également la possibilité de prévoir une date
de péremption.
Ainsi, la firme Coca-Cola utilise souvent des substances extraites des lucioles pour détecter
une contamination bactériennes des sirops utilisés pour fabriquer leurs boissons gazeuses.
Elle met en évidence la contamination du produit par émission de lumière: en ajoutant de la
luciférine/luciférase à l'ATP présente dans les organismes des sirops, la firme mesure
l'intensité lumineuse produite, proportionnelle à la quantité et donc à la contamination par

des êtres vivants. La bioluminescence facilita amplement le travail des contrôleurs puisqu'il
fallait avant cela, procéder à des cultures de bactéries pouvant durer plusieurs jours. La
méthode utilisée par les industriels suit un protocole relativement simple.
• Déterminer des infections
Dans le domaine agricole, la bioluminescence est aussi utilisée pour déterminer des
infections, cette fois-ci due à des parasites. Une autre idée, plus originale, vit le jour au Etats-
Unis mais reste un cas à part. Des chercheurs ont réussis à mettre au point des pommes de
terre bioluminescentes. Une fois éclairées aux rayons bleues ou UV, le manque d'eau dans les
cultures va conduire à l'émission de lumière. Les agriculteurs peuvent donc savoir à tout
moment les besoins de leur culture.
L’agro-alimentaire et l’environnement sont des domaines les plus importants d’application
de la bioluminescence. Il est actuellement possible d’évaluer la flore bactérienne totale d’un
lait cru, d’eau minérale et de détecter la contamination de boissons ou d’aliments divers. On
peut aussi mesurer la pollution d’origine bactérienne dans l’industrie du traitement de l’eau,
car les boues des stations d’épuration sont chargées en biomasse qui contient de l’ATP.
Le bath photomètre
Le bath photomètre est un appareil au but similaire de celui de l’ATPmétrie, cependant il
concerne la bioluminescence en milieu sous-marin.
B) Génie génétique
Le système de bioluminescence a trouvé récemment un usage en biologie: le gène qui encode
la GFP est maintenant utilisé comme “étiquette” génétique pour tracer une protéine
spécifique et révéler les gènes qu’elle exprime. Comme la GFP émet dans le vert sous éclairage
bleu ou UV, elle est très facile à détecter. Ce travail a valu le Prix Nobel de chimie 2008 à son
auteur.
La protéine fluorescente verte issue de la méduse Aequorea victoria

De nouvelles lignées de rats transgéniques à la GFP sont utilisés pour la recherche en thérapie
génique, ainsi qu'en médecine régénératrice
La bioluminescence des organismes est la cible de nombreux autres domaines de recherche.
L'utilisation de la luciférase est répandue en génie génétique comme gène marqueur. Le
génie génétique (ou ingénierie génétique) est un ensemble de techniques, faisant partie de
la biologie moléculaire et ayant pour objet l'utilisation des connaissances acquises en
génétique pour utiliser, reproduire, ou modifier le génome des êtres vivants.
• Expérience de l’artère de chien
En 1991, la bioluminescence a été pour la première fois induite artificiellement dans des
cellules de mammifère. Les artères d’un chien ont été mises en contact avec des plasmides
bactériens contenant des gènes codant pour la luciférase, afin de déterminer si des gènes
étrangers pouvaient être incorporés dans le génome du chien. Après avoir laissé aux artères
le temps nécessaire à l’incorporation du gène, les scientifiques menant l’expérience ont
simplement ajouté de la luciférine pour voir si la luciférase était effectivement synthétisée.
L’émission lumineuse qui accompagne l’addition de luciférine a bien semblé le prouver. Les
résultats ont été encourageants car une fois que la possibilité d’insérer des gènes dans le
génome des cellules de mammifères a été prouvée, les applications médicales ont pu être
envisagées.
• Des recherches a partir de l'axolotl
L’axolotl, une salamandre qui vit dans les lacs mexicains, est le champion toutes catégories
de la régénération. Pour observer de plus près ce qui se passe dans les tissus en formation, la
biologiste moléculaire Elly Tanaka a injecté, dans des œufs d’axolotl, le gène responsable de
la couleur fluo de la méduse Aequorea victoria. Elle a obtenu des axolotls dont toutes les
cellules brillent en vert fluo, sous une lampe a ultra-violette. Puis elle a prélevé chez eux des
cellules de muscle, de cartilage, d’os et de peau, et les a greffées tour à tour sur des moignons
d’axolotls normaux. C’est ainsi, en traquant chaque type de cellule, qu’elle espère
reconstituer précisément le processus de régénération d’un organe et un jour peut-être
appliquer la recette a l’homme.
• Porcelets bioluminescents
En 2006, une équipe de scientifiques taïwanais expliquaient avoir réussi à insérer l'ADN d'une
méduse dans 265 embryons inséminés dans 8 truies. 4 petits cochons sont nés, chacun ayant

la particularité de produire de la lumière. En 2008, l'agence de presse Xinhua indique qu'une
des truie qui était devenue fluorescente, a eu des porcelets. Le papa était normal, la maman
brillait sous les ultra-violets. 11 progénitures ont vu le jour et parmi celles-ci, 2 ont acquis la
caractéristique brillante de leur maman. Le gêne a donc été transmis.
• Tabacs bioluminescents
Des chercheurs ont introduit le gène de la luciférase de luciole dans des plantes de tabacs.
Ces plantes transgéniques, arrosées avec une solution contenant de la luciférine,
deviennent lumineuses dans les zones où le gène de la luciférase est exprimé,
principalement dans les racines et les feuilles les plus jeunes.
Par cette méthode on peut, par exemple, mettre en évidence des promoteurs de gènes qui
ne seraient actifs que dans certaines parties de la cellule. On peut ensuite associer à ce
promoteur un gène codant pour une toxine active contre certains parasites de manière à ce
que cette toxine soit produite de façon maximale dans les feuilles et les racines attaquées
par les parasites.
C) L'Imagerie par Bioluminescence (IBL)
La principale application de la bioluminescence dans le domaine biomédicale est l’imagerie
par bioluminescence, qui va notamment permettre de visualiser des cancers en temps réel
chez l’animal de laboratoire.
La bioluminescence est étudiée en ce moment sur les cellules cancéreuses. En effet, la
dissémination des cellules cancéreuses est la cause majeure de mortalité chez les personnes
atteintes du cancer : des cellules se détachent de la tumeur primaire et se déplace dans les
vaisseaux sanguins pour aller se placer dans d'autres parties du corps. Un cancer disséminé
est plus résistant aux thérapies, la bioluminescence permet alors de situer ces cellules
cancéreuses. Cette technique est appelée l'imagerie par bioluminescence (IB).
L'imagerie en bioluminescence est basée sur la détection de la lumière émise lors de la
catalyse par l'enzyme luciférase de la luciférine. Cette méthode offre la possibilité d'imager
l'expression du gène de la luciférase in vivo de façon non invasive et d'analyser la régulation
d'un gène endogène, d'évaluer l'efficacité d'un protocole de thérapie génique ou de suivre la
croissance et la migration de cellules cancéreuses exprimant la luciférase. Cette technique
offre donc la possibilité de produire des traitements contre ces infections et il n'est pas

nécessaire avec cette méthode de stimuler les molécules marquées par une source de lumière
externe puisque l'IBL réagit à un stimulus donné in vivo. De plus, la bioluminescence vise
surtout à localiser des tumeurs in vivo et d'en suivre la progression.
Cette technique est utilisée pour des maladies comme les cancers. Les cellules cancéreuses
se détachant de la tumeur primaire, elles se déplacent dans les vaisseaux sanguins pour aller
se placer dans d'autre parties du corps. La bioluminescence localise alors ces cellules pour
faciliter les traitement.
En effet, un cancer disséminé est résistant aux thérapies anti-cancéreuses actuelles car le
processus métastasique est détecté tardivement. Ainsi, l'imagerie directe de cellules vivantes
est devenue un outil fondamental pour étudier des processus biologiques. Notamment chez
les petits animaux, utilisés en recherche, l’imagerie permet de localiser précocement les
tumeurs de petites tailles et les micrométastases, de mesurer la charge tumorale et d'évaluer
in vivo(au sein du vivant) l'efficacité de différents traitements anti-cancéreux.
Pendant plus de 20 ans, le microbiologiste britannique David Leib a sacrifié des dizaines de
souris de laboratoire pour pouvoir observer comment le virus de l’herpès se propageait dans
l’animal. Sa nouvelle technique, qui utilise la bioluminescence lui permet désormais de suivre
en direct l’infection de plusieurs souris dans une seule souris et sans la tuer. Le virus émet en
effet de la lumière parce qu’on lui a inoculé le gène de luciole qui commande la fabrication
de son « ampoule chimique » luciférase. C’est la rencontre de cette enzyme avec une
protéine, la luciférine qui produit chez l’insecte un flash de lumière. Aussi pour traquer le virus
dans une souris il suffit d’injecter de la luciférine dans le rongeur: au fur et à mesure que le
virus se diffuse dans les cellules de l’animal, son ampoule chimique entre en contact avec la
luciférine et éclair les cellules infectées.
Récemment, une expérience a été menée, par des chercheurs américains. Ils inoculèrent le
gène qui commande la fabrication de l'enzyme luciférase dans un virus de l'herpès et la
luciférine dans la souris. En injectant le virus dans la souris, la rencontre des deux substances
provoquera une émission de lumière permettant de localiser le trajet du virus.
Imagerie par Bioluminescence

Détection par bioluminescence d'un ostéosarcome (tumeur maligne osseuse primaire) de
souris induit à partir de cellules exprimant la luciférase. Détection de la tumeur primitive en
site osseux et des métastases en site pulmonaire.
Développement du système d’imagerie en bioluminescence pour la visualisation de l’infection
à vNHI chez les truites. Quatre jours post-infection, les poissons ont été transférés dans un
bain contenant le substrat de la luciférase. Ils sont soumis au système d’imagerie qui permet,
grâce à une caméra très sensible, de capter la lumière émise par la réaction catalysée par la
luciférase.
La couleur rouge symbolise le site de la plus forte réplication virale et la couleur bleue le site
de la plus faible émission de lumière et donc le site où la réplication virale est la plus faible.
En sachant où se trouve les cellules tumorales, on peut donc mieux traiter le cancer. Dans ce
cas, l'imagerie a été faite sur des souris, on ne peut malheureusement pas encore appliquer
cette technique sur des êtres vivants plus grands, car les tissus atténuent fortement la lumière
qui est émise à l'intérieur du corps.
L'imagerie par bioluminescence, offre la possibilité d'un suivi en temps réel des processus
biologiques, directement au sein d'un organisme vivant (possibilité de visualiser et quantifier
les réactions de bioluminescence).
Cette technique consiste à détecter par une caméra ultrasensible les photons émis in vivo par
des cellules exprimant la luciférase. Cette enzyme va catalyser l'oxydation de la luciférine
(préalablement injectée à l'animal) avec conversion de l'énergie chimique en émission
lumineuse.
Cette technique présente de nombreux avantages par rapport aux techniques de détection
classiques, le principal étant que l’animal est vivant ce qui permet de réaliser un suivi dans le
temps.
• Au niveau cérébrale :
L’imagerie cérébrale permet le suivie de l’activité neuronale grâce à un phénomène calcique
(c’est à dire grâce à du calcium ionisé) sur un petit groupe de neurone ou sur le cerveau en
entier. Cela est pratiquer de façon in vivo et en temps réel.

On utilise pour cela une autre réaction bioluminescente composé d’une protéine en fusion se
nommant GFP-aequorin, qui servira de gène marqueur comme la luciférase dans un but
virologique et cancérologique. Celle-ci réagit avec le calcium, produit par les cellules
neuronales, et son cofacteur, la coelenterazine , ce qui provoque une émission de photon
donc de la lumière. L’intensité de ce rayonnement change lors de la variation de la
concentration calcique dans les cellules ce qui est dû à l’activation des neurones.
Cette expérience permet de mettre en évidence de nouveau phénomène physiologique en
relation avec l’activité calcique, comme le temps de réaction neuronale face à une drogue.
Test activité neuronale de l’apprentissage chez la drosophile ( mouche) :
Pour effectuer la manipulation, les chercheurs ont du tout d’abord adapter leur appareil en
fonction de l’insecte afin de pratiquer cela en in vivo ainsi qu’en temps réel.
On effectue l’insertion d’une dose de nicotine dans les corps pédonculés de l’insecte (
structure essentielle pour l’apprentissage et la mémoire olfactif de l’insecte). A savoir que les
neurones fessant partie de l’espace observé on subit précédemment une injection d’aequorin
ainsi que de coelenterazine d’où la seul présence du calcium permettra une réaction
lumineuse.
On observer après 10 à 15 min, l’activation des neurones à travers la bioluminescence qu’ils
ont pu émettre par leur production de calcium . Cela évoque une réponse secondaire au
niveau des projections axonales des neurones, ainsi qu’un impact important de la nicotine sur
l’apprentissage et la mémoire olfactif.
L’image ci-dessus, montre dans sa partie de droite, le résultat de l’imagerie bioluminescence
sur les corps pédonculés de la drosophile ainsi que la précision de ce système.
Au niveau cérébrale, l’étude de la drosophile, permet aussi grâce à ses outils génétiques
puissants d’étudier certaine maladie comme Alzheimer ou même Parkinson, ainsi qu’une
étude de différent phénomène dû à la consommation de certaine drogue, comme vue dans
l’exemple cité celui de la nicotine.
La bioluminescence au sein de l’imagerie met en évidence deux fonctions biotechnique qui
sont :

• La vérification d’une insertion au sein d’un cellule par le biais de la lumière émise inséré
précédemment dans l’élément greffer .
• La démonstration de certaine activité au sein d’un organisme, qui part la bioluminescence
non seulement peuvent être vue mais aussi suivis.
Déplus celle-ci se révèle intéressante par son aspect non toxique pour le corps étudié, ainsi
que pour sa durée.
Elle conserve aussi d’autres avantages face à diverses méthodes comme l’utilisation de la
fluorescence qui demande contrairement à la bioluminescence une lumière externe pour
contribuer à la visibilité de celle-ci.
En résumé, on peut dire que l’utilisation de la luciférase combinée à des systèmes d’imagerie
à faible luminosité possède un potentiel unique pour étudier à la fois la régulation temporelle
et spatiale de la régulation de l’expression des gènes chez des organismes pluricellulaires
vivants. Cette technologie pourrait bientôt être applicable à tout système génique
transparent à la lumière verte et accessible à la luciférine exogène. De plus l’étude peut être
étendue à de plus larges populations qu’un organisme isolé, ce qui ouvre la voie à de
nombreuses possibilités d’isolement de mutants présentant des phénotypes de luminescence
aberrante par exemple.
D) Autres exemples:
• Autre application dédiée à l’Homme, et particulièrement vulgarisée ces dernières
années à travers les séries télévisées : la criminalistique.
Le bluestar est un liquide composé principalement de luminol, produit chimique dont l’éclat
du bleu est caractéristique. Ce composé réagit avec du fer, du cuivre et certains détergents
comme la Javel.
Le luminol permet de mettre en évidence des traces de sang sur une scène de crime par
exemple. Ce produit est utilisé en criminalistique. La criminalistique est l’ensemble des
techniques mises en œuvre par la Justice et la Police pour établir la preuve d’un délit ou d’un
crime et d’en identifier son auteur.
La chimie est présente dans la criminalistique (toxicologie, balistique,…) mais c’est depuis
2003, date d’apparition du luminol, que faire réapparaître les traces de sang ou de sperme
effacées par l’assassin est possible.
Pour ce faire, l’enquêteur prépare la solution, composée de luminol et d’activateurs et en
pulvérise l’ensemble de la scène de crime. Puis, pour visualiser les éventuels indices, la pièce
doit être plongée dans le noir. Ensuite, le fer présent dans le sang va alors catalyser la réaction
chimique, ce qui provoque la luminescence et par conséquent, l’emplacement du sang et
autres traces réagissant avec le luminol.

• Arbres bioluminescents
La lumière n'intrigue pas seulement le milieu médical ou commercial. L'application dans la vie
courante commence peu à peu à émerger. Un projet présenté par des étudiants de
l'Université de Cambridge propose d’incorporer des bactéries bioluminescentes dans des
feuilles d'arbre. L'expérience a été menée à très petite échelle mais la création de lumière fut
suffisante pour permettre de lire à proximité de la plante.
Autre projet a propos du même sujet est celui du designer et architecte néerlandais
Daan Roosegaarde qui a eu l'idée d'utiliser la botanique et le génétique dans l’objectif de
créer des arbres bioluminescents capables de remplacer les lampadaires la nuit.
En effet, l'idée est d’utiliser les propriétés bioluminescentes de certaines bactéries
marines afin de créer des plantes capables de briller dans la nuit. Le designer prévoit de
surcroit, un agencement particulier de ces plantes entre elles de manière à créer un arbre.
Pour imaginer la mise au point de ses nouvelles installations, le Néerlandais a fait appel à
des membres de la State University of New York ainsi qu’au chercheur Alexander Krichevsky.
Des plantes génétiquement modifiées Spécialiste en bioluminescence, le scientifique est le
créateur de "Starlight Avatar", des plantes génétiquement modifiées pour briller dans le noir,
déjà commercialisées par la société Bioglow.
Les nouvelles plantes sont crées en mélangeant l’ADN des chloroplastes avec celui de
bactéries aux propriétés lumineuses. La lumière, émise par ces nouveaux organismes est très
similaire à celle produite par les lucioles. Dans une nouvelle vidéo, Daan Roosegaarde
présente son projet et ses applications. Selon lui, les arbres lumineux pourraient être utilisés
pour remplacer les lampadaires. Une solution qui serait à la fois écologique et poétique.
Néanmoins, les végétaux ne seraient pas aussi efficaces que l'éclairage public avec une
luminosité 1.000 fois moins importante.

Le projet Bioglow
Un dernier exemple similaire est celui d'Anthony Evans. En juin 2013, entrepreneur
basé à San Francisco, a lancé une campagne Kickstarter avec le même objectif en tête. Son
projet « Glowing Plant » a reçu près d’un demi-million de dollars en financement, preuve de
l’enthousiasme soulevé par cette incroyable innovation.
• Philips utilise la bioluminescence
Bio-light fait partie du programme « Microbial Home » de Philips. Ce projet consiste a créé
des écosystèmes domestiques qui propose une alternative aux solutions traditionnelles
d’énergie, de nettoyage, d’éclairage ou de traitement des déchets.
Le concept Bio-light repose sur la bioluminescence pour créer des effets de lumière. Cet
éclairage autonome est écologique car il ne nécessite pas d’électricité pour produire de la
lumière. Il utilise des bactéries bioluminescentes qui se nourrissent de méthane et de
matières compostées générées par la vie quotidienne de la maison. Bio-light se présente sous
la forme d’un ensemble de cellules de verres soufflées maintenues par un cadre en acier. Dans
ces cellules se trouvent des cultures bactériennes qui vont émettre une douce lumière verte.
L’ensemble peut être accroché sur un mur. Les cellules de verres sont reliées ensemble par
des tubes de silicium qui rejoignent la base de la lampe bioluminescente. Cette base est en
fait un réservoir de nourriture pour les bactéries. Tant qu’il y a à manger, Bio-light reste en
fonctionnement. L’inconvénient majeur, c’est que cette lampe ne semble pas avoir

d’interrupteur. Par ailleurs, la douce bioluminescence n’est certainement pas suffisante pour
fournir l’éclairage nécessaire à une maison. La lumière est produite plus lentement que nos
éclairages traditionnels et les bactéries doivent être gardées en vie pour que Bio-light tienne
la route.
L’avantage réside dans le fait que cette lampe ne nécessite aucun câble pour fonctionner. Biolight
est totalement déconnectée du réseau électrique.
La bioluminescence serait une alternative beaucoup plus écologique à nos moyens
d’éclairages actuels puisque ce procédé est énergétiquement neutre. Il s’agit aussi d’une
économie budgétaire non négligeable, à titre d’exemple, en France, dans le budget d’une
commune, l’éclairage public représente 23 % de la facture globale d’énergie et 38 % de la
facture d’électricité.
Grace à la bioluminescence des idées ont vu naitre le jour, on retrouve le marquage routier
de nuit, les indications lumineuses dans les lieux faiblement éclairés (sorties de secours dans
les cinémas et les discothèques), les enseignes lumineuses de nuit (pharmacies) ou encore
l’éclairage d’ambiance des centres thérapeutiques où la lumière peut jouer un rôle sur
l’humeur.
CCL
La bioluminescence est une catégorie spécifique de luminescence, caractérisé par la
production de lumière par des êtres vivants. Ce phénomène est basé sur une réaction
chimique, impliquant une enzyme (la luciférine) et un substrat (la luciférase). L'énergie
chimique de cette réaction est transformée en énergie lumineuse.
Il existe trois types de bioluminescence, toutes trois utilisées par les êtres vivants marins :
l'intracellulaire, l'extracellulaire et la bioluminescence bactérienne, cette dernière étant due
à une symbiose.

Nos différentes recherches nous ont apporté plusieurs raisons de l'utilisation de la
bioluminescence par les êtres marins : l'attraction, la répulsion, la communication, le
camouflage ainsi que l'éclairage du champ visuel. Nous avons illustré la plupart de ces raisons
par de nombreux exemples.
L’utilisation de plus en plus importante de la bioluminescence prouve à quel point l’homme
a confiance en cette technique qu’il tente d’appliquer à divers domaines, sous diverses
formes, et dans des applications très variées. Quelque que soit le domaine, médical,
environnemental ou encore criminel entre autres, les scientifiques utilisent cette technique
de manière intensive car elle a fait ses preuves et ses nombreuses utilisations n’ont pas
encore toutes été explorées.