La bioluminescence est la production de lumière par des organismes vivants, résultant d'une réaction chimique impliquant la luciférine et la luciférase. Elle joue divers rôles, notamment le camouflage, l'attraction des proies et la communication, et se manifeste chez de nombreuses espèces, tant marines que terrestres. En biotechnologie, la bioluminescence est utilisée pour des applications variées, allant de la mesure de l'ATP à des diagnostics médicaux.

1. Bioluminescence
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Rendu artistique d'un krill bioluminescent (aquarelle par Uwe Kils)
Bioluminescence du champignon Panellus Stipticus
Omphalotus nidiformis, éclairé et lumière éteinte
Panellus Stipticus

2. Plancton bioluminescent (Lingulodinium polyedrum)
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.
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. Elle ne doit pas être confondue avec la
fluorescence, la phosphorescence ou de la lumière réfractée.
La bioluminescence peut être générée par des organismes symbiotiques hébergés au sein d'un
organisme plus grand. 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.
Sommaire
1 Distribution
2 Fonction de la bioluminescence
o 2.1 Camouflage
o 2.2 Attraction
o 2.3 Répulsion
o 2.4 Communication
3 Types de bioluminescence
o 3.1 Bioluminescence intracellulaire
o 3.2 Bioluminescence extracellulaire
o 3.3 Symbiose avec des bactéries luminescentes
4 Utilisation en biotechnologie
5 Bibliographie
6 Notes et références
7 Liens externes
Distribution
La majorité des émissions lumineuses marines appartiennent au spectre lumineux du bleu et
du vert, les longueurs d'onde qui peuvent être transmises aisément à travers l'eau. Plus
rarement, certaines espèces émettent dans le rouge ou dans l'infrarouge.
La bioluminescence non marine est plus rare mais autorise une variété de couleurs plus
importante. Les formes de bioluminescence terrestre les plus connues sont les lampyres et les
lucioles mais des facultés de bioluminescence ont été décrites chez d'autres insectes, des
arachnides et chez certains champignons.

3. L'homme émet également de la lumière d'origine bioluminescente, mais en quantité si infime
qu'elle n'est perceptible que par des appareils photographiques extrêmement sensibles1.
Fonction de la bioluminescence
Il existe quatre théories principales pour l'évolution du caractère de bioluminescence :
Camouflage
Bien que cela puisse paraître paradoxal, certains poissons utilisent la bioluminescence à des
fins de camouflage. En effet, à des profondeurs moyennes, les prédateurs traquent leurs
proies par dessous, le contour des proies se dessinant ainsi comme des ombres chinoises dans
la faible lumière arrivant de la surface. Certains poissons grâce à la bioluminescence produite
sur leur région ventrale (qui simule la lumière de la surface) deviennent artificiellement
transparents aux prédateurs en dessous d'eux.
Attraction
Linophryne lucifera, un poisson abyssal avec un appendice frontal bioluminescent.
La bioluminescence peut également être utilisée comme un leurre par différentes espèces
abyssales comme certains lophiiformes. Un appendice lumineux ballant et s'étendant au-
dessus de la tête du poisson permet ainsi d'attirer les petits animaux à une distance autorisant
l'attaque.
L'attraction des partenaires sexuels est une autre fonction de la bioluminescence. On la trouve
notamment chez les lampyres qui utilisent un flash périodique au niveau de leur abdomen
pour attirer leur partenaire lors de la reproduction.
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 France :
Porquerolles… Les micro organismes composant le plancton utilisent la bioluminescence
pour être mieux vus des poissons : le poisson, attiré par ses lumières arrive et les avale. Le
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 où l'eau est
plutôt pure, on puisse voir de petits nuages bleutés se former dans l’eau si on s'amuse à la
remuer.
Répulsion
Certains calmars et petits crustacés utilisent des mélanges chimiques bioluminescents
(également des boues de bactéries bioluminescentes) afin de repousser les attaques des
prédateurs de la même manière que beaucoup de calmars utilisent l'encre : un nuage de

4. luminescence est expulsé déroutant ou repoussant un potentiel prédateur permettant ainsi au
calmar ou au crustacé de prendre la fuite en toute sécurité.
Communication
La bioluminescence pourrait également jouer un rôle direct dans la communication entre
bactéries (voir quorum sensing). Elle induit également la symbiose entre des bactéries et une
espèce hôte et pourrait jouer un rôle dans l'agrégation de colonie.
Types de bioluminescence
La bioluminescence peut être divisée en trois types principaux : une bioluminescence
intracellulaire, une extracellulaire et celle des bactéries symbiotiques.
Bioluminescence intracellulaire
La bioluminescence intracellulaire est générée par des cellules spécialisées du corps de
certaines espèces multicellulaires 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). Ce type de bioluminescence est celle
de nombreuses espèces de calmars.
Bioluminescence extracellulaire
Mécanisme général des réactions de bioluminescences
La bioluminescence extracellulaire est réalisée à partir de la réaction entre la luciférine et la
luciférase, une enzyme. Une fois synthétisé, chaque composant est stocké 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. Ce type de bioluminescence est commun à quelques espèces de crustacés et
aux céphalopodes abyssaux.
Symbiose avec des bactéries luminescentes
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.
À différents endroits du corps, les animaux disposent de petites vésicules, communément
appelées photophores qui renferment des bactéries luminescentes. Certaines espèces
produisent de la lumière continue dont l'intensité peut être neutralisée ou modulée au moyen

5. de diverses structures spécialisées. Les organes lumineux sont généralement reliés au système
nerveux ce qui permet à l'animal de contrôler l'émission lumineuse.
Utilisation en biotechnologie
La bioluminescence des organismes est la cible de nombreux domaines de recherche.
L'utilisation de la luciférase est répandue en génie génétique comme gène marqueur.
Des bactéries du genre Vibrio en symbiose avec de nombreux invertébrés marins comme la
seiche Euprymna scolopes ou des poissons sont un modèle expérimental clé dans l'étude des
symbioses, du quorum sensing et de la bioluminescence.
En biotechnologie, la bioluminescence a permis le développement de l'ATPmétrie. En effet,
la luciférase est également capable de réagir avec l'adénosine triphosphate (ou ATP). Elle
permet donc de quantifier la biomasse dans un échantillon grâce à un appareil appelé
luminomètre qui mesure l'intensité lumineuse.
Bibliographie
II- La Bioluminescence
le Le monde animal et végétal admet de multiples espèces lumineuses;
des bactéries, des champignons et des animaux très divers ont la
faculté d'émettre de la lumière. Cette manifestation d'être vivants,
dans l'obscurité de la nuit ou des profondeurs marines, est
particulièrement étrange et fascinante.
Ce phénomène que l'on nomme " photogenèse "ou de façon plus usuelle,
"bioluminescence " touche aux problèmes biologiques les plus variés.
On sait que la lumière émise résulte de réactions chimiques, mais le rôle
comportemental des émissions lumineuses reste souvent hypothétique
ou énigmatique.
Comment et pourquoi certains êtres vivants peuvent-ils émettre de la
lumière et comment peut-on l'utiliser ?
Réaction de bioluminescence

6. C'est le physiologiste français Raphael Dubois qui, en 1887, découvre que le
phénomène de bioluminescence est du à l'oxydation d'une substance cellulaire qu'il
appelle luciférine, ce nom n'a cependant aucune signification chimique car il
existe une grande diversité de molécules substrats. Ce type de réaction nécessite la
présence d'une enzyme que Raphael Dubois appelle la luciférase Puis l'américain
W.D.McElroy découvre que la réaction de bioluminescence ne peut se faire
uniquement en présence d'adénosine triphosphate appelé plus simplement ATP,
qui est un transporteur d'énergie dans tous les organismes vivants, et d'ions
magnésium Mg2+. On ignore cependant comment ces composés sont synthétisés
par les animaux. Pour illustrer ce phénomène, nous allons étudier le cas de la
luciole.
Cette réaction est une réaction enzymatique, c'est à dire qu'elle entraine une
réaction de synthèse, ce qui constitue les réactions du métabolisme cellulaire.
La réaction débute avec le complexe MgATP qui se lie à la luciférine.
Puis, la luciférine réagit avec la luciférase pour donner de la luciférine
adénylate. c'est aussi à cet instant que le PPi (pyrophosphate) est produit.
L'oxygène va oxyder ce complexe et donne de l'oxyluciférine qui va
libérer de l'AMP (adénosine monophosphate)
Ce complexe est alors dans un état électronique excité et produit un
photon, donc de la lumière

7. Fonctions de bioluminescence chez les
animaux
La bioluminescence est utilisée pas les animaux pour plusieurs raisons.
La défense
- Des méduses et étoiles de mer émettent des éclairs pour effrayer des prédateurs.
- Certains poissons-lanternes agitent le photophore présent sur leur crête dorsale
lorsqu'il y a un danger (Photo A). Un petit crustacé, l'oplophorus (Photo B), éjecte
dans l'eau de la luciférine et de la luciférase qui réagissent en formant un nuage de
lumière dans l'eau pour faire diversion

8. - La bioluminescence permet aussi à certains poissons de se camoufler. ils
possèdent des photophores ventraux donc si le prédateur est sous la proie, il le
confond avec la lumière du ciel.
L'attraction des proies
- Certains poissons possèdent une partie de leur corps lumineuse pour attirer leurs
proies Comme les poissons pêcheurs, les melanocetus johnsonii.
- En Nouvelle-Zélandes, dans les grottes de Waitomo, des larves de
moustiquesdéveloppent des fils lumineux déstinés à capturer les insectes volants.

9. La communication
- Des mâles lucioles secrètent des petits amas de lumière pour séduire les femelles.
Applications de la bioluminescence
L'ATPmétrie
L'ATPmétrie est une technique permétant de mesurer la quantité d'ATP présente
dans un échantillon. Comme on l'a vu précédamment, l'ATP est présente dans tous
les organismes vivants, on peut donc détecter des traces de bactéries dans un
produit. Ce procédé est utilisé dans de nombreux domaines. L'intensité de la
lumière émise lors du test est donc quantativement lié à la masse de bactéries
présentes dans l'échantillon.
1. Domaine Environnemental
Le traitement des eaux : 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. On cherche à contrôler l’activité de cette biomasse bactérienne dans la
boue. Dans ce cas là la biochimie à un rôle très important car elle utilise des
méthodes qui permettent la capacité de former des amas plus dense que l’eau, Ce

10. qui permet une décantation des boues par gravité. Le traitement biologique est
particulièrement étudié car, grâce à des temps de séjour très courts, il permet
d’importantes économies sur la taille des bassins des stations.
2. Domaine médical
La bioluminescence peut aussi être utilisé dans les diagnostics médicaux, il est en
effet parfois nécessaire de connaitre rapidement de taux de contamination d'un
liquide corporel. Mais d'autres applications de la bioluminescence dans ce domaine
peuvent aussi être observées :
- Maladies hépatiques : On peut détecter ces maladies car le taux d'ATP baisse
dans les hématies.
- Dermatologie : L'ATP s'utilise pour voir à quelle vitesse se renouvelent les
cellules de la peau.
- Infections urinaires : Certains malades atteints d'infections urinaires présentent un
taux de bactéries croissant dans les urines, le taux d'ATP est donc croissant aussi.
- Médicaments : Evaluation de la sensibilité microbienne aux médicaments.
- Dentition : On peut détecter la biomasse vivante sur la plaque dentaire.
- Contôles de stérilité : Des contrôles sont obligatoires sur des produits injectables
à des humains ou des animaux.
3. Domaine Agro-ALimentaire
C'est le domaine le plus étudié actuellement. On peut, grâce à l'ATPmétrie,
détecter la contaminations des produits tels que le lait ou les juts de fruits.
- Le Lait : L'ATPmétrie est utilisé pour détecter des cellules somatiques, car la
présence de ces cellules indique une mamite, qui est une inféction du pis de la
vache. Le lait ne contient pourtant pas forcément beaucoup de bactéries.
- Les Ovoproduits : Tous les produits dérivés des oeufs ne doivent pas contenir
plus de 104 bactéries par grammes l'ATPmétrie permet donc de faire des tests pour
voir si ces produits sont aux normes.
- Les Boissons aux fruits : La fabrication de jus de fruts nésessite une production
très stérile. mais les traitements actuels ne sont pas totalement fiables et prennent
beaucoup de temps contrairement à ATPmétrie.

11. - Les Viandes : Pour les industreiels, il est important de prévoir la date limmite de
consommation de leur viandes et pour localiser les foyers de contamination pour
lutter efficacement contre la dissémination de ces bactéries.
- Les 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 laitrie, 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.
Appareils et techniques de mesure : 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. 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. Enfin, il envoi les informations sur un programme spécial permettant de
lire les résultats.

12. L'Imagerie par Bioluminescence
La bioluminescence est étudiée en ce moment sur les cellues cancéreuses. Lors
de ces expériances, la luciférase est utilisé comme gène marqeur. 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 appellée
l'imagerie par bioluminescence (IB)