Des enzymes fongiques conçues dans des nanolitres de fluide pourraient constituer un nouvel outil biologique de protection des cultures
Les champignons ont assez mauvaise réputation dans la culture populaire ces temps-ci, disgrâce qui n’est pas étrangère au succès de The Last Of Us, série télévisée du réseau HBO, dans laquelle une mutation fongique touchant la chaîne alimentaire mondiale transforme les humains en zombies et mène la civilisation à sa perte.
Le rôle crucial des champignons dans la santé des écosystèmes de la planète est pourtant bien connu, particulièrement en ce qui concerne les ressources alimentaires de l’humanité. Les champignons peuvent à la fois protéger et tuer les céréales et les plantes, et l’industrie agroalimentaire s’efforce depuis longtemps d’améliorer ses méthodes de destruction des agents pathogènes pour sauvegarder les réserves de nourriture.
C’est d’ailleurs le sujet d’un nouvel article publié dans la revue Microsystems & Nanoengineering de Nature par des chercheuses et chercheurs du Laboratoire de microfluidique Shih de l’Université Concordia. Ceux-ci ont en effet mis au point une méthode inédite d’extraction des enzymes qui dégradent les parois cellulaires des micro-organismes nocifs tels que champignons pathogènes, nématodes ou autres agents pathogènes pouvant avoir une incidence sur la santé des cultures.
Le procédé agit ainsi comme un fongicide et un pesticide biologiques. L’équipe a également conçu un dispositif qui rend sa technique portable, abordable et facile d’utilisation.
« Les techniques employées pour cultiver des souches cellulaires de mammifères ou de bactéries se sont améliorées au cours des dernières décennies, mais elles sont difficiles à appliquer aux champignons, qui ont une morphologie particulière », explique Kenza Samlali (Ph. D. 2021), auteure principale de l’article. « Les systèmes automatisés et microfluidiques capables de dépister les micro-organismes suscitent donc beaucoup d’intérêt. »
La doctorante Chiara Leal Alves a corédigé la publication en collaboration avec Mara Jezernik (Dipl. 2e cycle 2020), étudiante à la maîtrise de l’Université de Toronto, et Steve Shih, professeur agrégé de génie électrique et informatique.
« Grâce à cette technologie, nous pouvons passer au crible des milliers d’antagonistes fongiques, qui peuvent ensuite servir d’agents de lutte biologique pour combattre les agents pathogènes et les maladies qui s’attaquent aux plantes », affirment Steve Shih et Chiara Leal Alves.
Petit organisme deviendra grand
L’équipe a étudié Clonostachys rosea – un champignon reconnu pour sa toxicité pour divers types de champignons, bactéries et nématodes – afin de l’inciter à produire davantage d’enzymes catalytiques protégeant les cultures. Elle souhaitait notamment combattre Fusarium, un champignon potentiellement cancérigène qui s’attaque aux cultures céréalières comme le blé, le seigle et l’orge de même qu’aux fruits comme les bananes, les courges et les citrouilles.
Les scientifiques soulignent toutefois que les propriétés de tous les champignons rendent leur étude difficile. Les champignons croissent en effet rapidement, produisant des hyphes filiformes qui compliquent leur observation dans les nanolitres de gouttelettes utilisés en microfluidique.
L’équipe a donc créé un nouveau substrat pour faire croître C. rosea à l’intérieur d’une gouttelette, ce qui lui a permis d’analyser une seule spore en fonction des milliers de types d’enzymes qu’elle exprimait dans un processus de fermentation solide. L’équipe a par ailleurs élaboré un dispositif capable de délicatement trier les champignons produisant des enzymes utiles en grandes quantités au moyen d’une force électrostatique très faible, ce qui garde les gouttelettes intactes.
« Les techniques employées pour cultiver des souches cellulaires de mammifères ou de bactéries se sont améliorées au cours des dernières décennies, mais elles sont difficiles à appliquer aux champignons, qui ont une morphologie particulière », explique Kenza Samlali.
L’équipe a ainsi pu identifier quelques dizaines de souches d’enzymes distinctes jugées les plus utiles sur les dizaines de milliers exprimées. Elle recherchait des souches produisant des enzymes qui dégradent les parois cellulaires des champignons pathogènes – un remède entièrement biologique pour d’innombrables types de cultures.
« L’étude des organismes fongiques extrêmement complexe, commente Steve Shih. La méthode microfluidique élaborée par Kenza Samlali et Chiara Leal Alves représente une véritable révolution dans le domaine, surtout lorsqu’il s’agit de reconnaître les antagonistes fongiques. Grâce à cette technologie qui permet de les cultiver sous forme de cellule unique, nous pouvons passer au crible des milliers d’antagonistes fongiques, qui peuvent ensuite servir d’agents de lutte biologique pour combattre les agents pathogènes et les maladies qui s’attaquent aux plantes. Cette percée est immédiatement applicable au secteur agricole, mais pourrait aussi s’avérer utile à l’avenir dans l’examen des maladies fongiques touchant la santé humaine. »
Cette étude a été financée par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie (CRSNG), le Fonds de recherche nature et technologie (FRQNT) et la Fondation canadienne pour l'innovation (FCI).
Lisez l’article cité : « Droplet digital microfluidic system for screening filamentous fungi based on enzymatic activity ».
