Ils ont plus d’un superperpouvoir sous leur chapeau

Avec la moisissure de l'aspergille noir (Aspergillus Niger), on peut produire des couleurs et des arômes. Voici une image colorée de son corps fructifère vue au microscope électronique à balayage. | Photo: Jannicke Wiik-Nielsen / Vetnist / Keystone / Science Photo Library

Un fin goût de vanille

Existant depuis 800 à 1000 millions d’années, les champignons ont eu le temps de s’adapter à tous les environnements: pas un endroit sur terre – de la profondeur des océans à la stratosphère, en passant par nos intestins – qu’ils n’aient pas colonisé. Pour affronter cette diversité de contraintes environnementales, ils produisent une riche panoplie de molécules.

La richesse de ces éléments justifie leur fréquente présence dans nos assiettes, sous forme d’arômes ou de colorants. «Toute la gamme chromatique peut être trouvée grâce aux champignons», explique Katia Gindro, responsable du groupe mycologie à Agroscope. Quant aux arômes, ils produisent naturellement la vanilline, le géraniol, la noix de coco, le musc... «De nombreux cakes citronnés vendus dans les supermarchés tirent leur arôme de la production de champignons», note-t-elle. Et quand on achète de la vanille bon marché, même s’il s’agit de la même molécule de vanilline, elle ne provient pas de la fameuse gousse de l’orchidée Vanilla planifolia, mais d’un procédé de biotransformation faisant intervenir la moisissure Aspergillus niger et un champignon du bois. «Une remarquable capacité dont le rôle dans la nature reste encore largement méconnu.»

Les feuilles du palmier murumuru (Astrocaryum murumuru) abritent de nombreux champignons qui contribueraient à prolonger la durée de vie de la plante. | Photo: Marie Aucourd

Des défenseurs nourris logés

Une grande variété de champignons, appelés «endophytes», résident à l’intérieur du tissu de végétaux. Ils y vivent de manière symbiotique, profitant des apports en sucre et en eau, et synthétisent en échange des métabolites toxiques qui protègent les plantes contre les pathogènes. C’est le cas du palmier Mourou-Mourou, vivant en Guyane, dans lequel au moins une quinzaine d’espèces de champignons ont élu résidence.

En remarquant la forte résilience de cette plante et son cycle de vie prolongé, la chercheuse en sciences pharmaceutiques Léonie Pellissier d’Agroscope s’est demandé si c’était dû à la présence de ces habitants fongiques: «On veut voir s’ils ont un intérêt antibactérien ou anticancéreux», explique-t-elle. Les champignons offrent en effet fréquemment un réservoir de molécules actives utilisées en médecine humaine. Comme la pénicilline, qui a lancé l’ère des antibiotiques, ou encore la cyclosporine, un immunosuppresseur vital pour les greffes d’organes. Pour les champignons, ces métabolites favorisent généralement la survie ou la croissance, même si leur rôle exact reste peu connu.

Les mycéliums sont transformés en matériaux d'emballage. | Photo: Mycrobez

Des bâtisseurs high-tech

Quand ils grandissent, la plupart des champignons colonisent leur environnement grâce à l’extension de filaments ramifiés qui forment le mycélium. Ce réseau dense lie les particules qu’il rencontre par un double effet: un enchevêtrement physique, où les filaments emprisonnent les molécules et, dans certains cas, une adhérence à l’interface entre le mycélium et la matière de son environnement, qui peut agir comme colle naturelle.

Le laboratoire des matériaux durables de l’EPFL, dirigé par Tiffany Abitbol, tire parti de cette capacité. Il travaille avec des espèces de champignons dégradant le bois: «Si nous fournissons au mycélium la nutrition et l’obscurité nécessaires, il va proliférer et nous pouvons guider son développement.» On peut dès lors faire grandir les filaments en n’importe quelle forme à l’aide d’un moule et les lier simultanément à certaines particules d’intérêt par agrégation physique. «C’est à ce moment-là que nous pouvons fabriquer un matériau composite en intégrant des particules qui confèrent de nouvelles propriétés au mycélium, telles la résistance ou la conductivité.» Ainsi, beaucoup de matériaux à base de champignons sont déjà nés, dont des isolants sonores, des textiles ou des emballages remplaçant le plastique.

L'ergot du seigle a infesté un épi de seigle. | Photo: iStock

Chasser tout ce qui ronge

Claviceps purpurea, ou ergot du seigle, est un champignon qui infecte le seigle en formant une masse noir violacé à la place du grain, tombe par terre et germe au printemps. Cette espèce produit de l’acide lysergique, dont est dérivé le LSD, un psychédélique hallucinogène. Jean-Luc Wolfender, professeur de la Section des sciences pharmaceutiques de l’Université de Genève, explique que le rôle écologique de ces molécules reste souvent mystérieux, mais des théories émergent: «La plus étayée est qu’elles permettent au champignon d’éviter d’être consommé par les rongeurs. Les pauvres bestioles ne s’en sortent pas bien en consommant de l’ergot du seigle.»

Chez Homo sapiens, la consommation contrôlée de LSD induit un état modifié de la conscience. Elle entraîne des modifications perceptuelles mais aussi une «perte des frontières de l’ego», un phénomène que la psychiatrie utilise comme point de départ de certaines thérapies. La diminution de l’activité de l’amygdale, une région cérébrale impliquée dans la peur, constitue également une piste prometteuse pour le traitement de certains troubles anxieux et de dépressions sévères.

Les cellules filles de la levure de boulangerie se détachent. Sur l’image prise au microscope électronique à balayage, on distingue les cicatrices des divisions cellulaires précédentes. | Photo: IKELOS GmbH / Dr. Christopher B. Jackson / Keystone / Science Photo Library

De bons cobayes

«Phylogénétiquement, les champignons sont plus proches des animaux que des plantes», sourit Markus Künzler, qui étudie les mycéliums à l’ETH Zurich. Cette proximité génétique explique pourquoi les champignons possèdent des mécanismes sophistiqués de régulation génique similaires aux nôtres. Mais à la différence des vertébrés, les champignons sont dépourvus de systèmes vasculaire et nerveux. Puisque le champignon est un organisme simple tout en ayant des mécanismes complexes, il est rapidement devenu un modèle précieux pour comprendre le vivant.

La levure de boulanger Saccharomyces cerevisiae, un champignon unicellulaire facile et peu coûteux à cultiver, est ainsi fréquemment utilisée en laboratoire. «C’est un modèle très populaire en biologie cellulaire, souligne le chercheur. Une grande partie des connaissances théoriques en biologie a d’abord été établie à partir de cette levure, puis de cellules de mammifères.» Ces travaux ont été récompensés par le Prix Nobel en 2001. Et ils constituent toujours aujourd’hui un fondement essentiel pour la compréhension des maladies oncologiques humaines.

Le coprin noir d'encre est capable de se défendre contre les infestations de nématodes grâce à des protéines toxiques. | Photo: Muraguchi H. et al. (2011). Avec l'aimable autorisation des auteurs.

Un gardien futé des plantes

Les nématodes fongivores, de tout petits vers longs d'environ 2 millimètres, possèdent une aiguille sur la tête qu’ils plongent dans les longs filaments du mycélium pour aspirer le contenu de ses cellules. Face à cette attaque, certains champignons, comme le Coprin noir d’encre étudié par Markus Künzler à l’ETH Zurich, synthétisent des protéines toxiques spécifiques. Ces toxines, qui sont inoffensives pour le mycélium, provoquent des troubles digestifs sévères chez les vers pouvant aller jusqu’à causer leur mort. Un système de défense qui fascine le chercheur en microbiologie: «Le champignon détecte la présence d’attaquants et alerte les parties encore non exposées du mycélium afin qu’elles augmentent préventivement la production de toxines.»

Ce système pourrait être utilisé comme pesticide biologique car, contrairement aux produits chimiques persistants, ces protéines se dégradent rapidement. L’application pratique reste complexe en raison de la fragilité des protéines, mais cette piste est néanmoins prometteuse pour une agriculture durable.