Enquête sur les moisissures, substances de la nature, pour remplacer les pesticides

May 25, 2023

14 mars 2023

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par Lotte Krull, Université technique du Danemark

DTU aide une grande entreprise internationale à trouver des substances propres à la nature pour lutter contre les maladies fongiques dans les cultures. La grande collection de moisissures de l'Université et une petite collection de bactéries font partie du projet, et l'une d'entre elles pourrait détenir la solution. Trente-huit mille quatre cents isolats de moisissures jouent le rôle principal dans le grand projet de recherche "Smarter AgroBiological Screening" (SABS). Dans le projet, DTU collabore avec la société internationale FMC, qui produit des produits phytosanitaires tels que des pesticides pour l'agriculture.

Les «acteurs principaux» insaisissables sont stockés dans des tubes en plastique avec des bouchons à vis rouges à exactement 9 ° C dans un sous-sol du DTU, et ils forment une collection de champignons internationalement reconnue qui a été lancée en 1988 par des chercheurs universitaires stockant les premiers isolats.

Maintenant, 35 ans plus tard, ils seront étudiés attentivement avec une petite collection de bactéries. Peut-être que ces micro-organismes peuvent être utilisés pour produire des biofongicides, c'est-à-dire des substances naturelles capables de lutter contre les maladies fongiques des cultures céréalières. Les attentes sont particulièrement élevées pour les moisissures.

"D'un point de vue biotechnologique, le champignon de la moisissure est un organisme vraiment passionnant, car chaque champignon possède entre 50 et 80 voies de biosynthèse. Une voie de biosynthèse est une série de réactions à l'intérieur de l'organisme qui permettent la production d'une substance bioactive. En comparaison, une bactérie normale pourrait avoir six à sept voies de biosynthèse alors qu'une cellule de levure n'en a aucune. Cela rend les champignons vraiment riches mais aussi très complexes à étudier. L'exploration des champignons a donc un grand potentiel, et peut-être pouvons-nous trouver des substances qui peuvent être utilisées pour contrôler les maladies dans l'agriculture », dit Rasmus John Normand Frandsen, professeur agrégé à DTU et coordinateur de la part de DTU dans le projet.

Il explique : « Pour la grande majorité des substances, peut-être jusqu'à 95 % d'entre elles, nous n'avons aucune idée de ce à quoi elles servent ou pourquoi les micro-organismes les produisent. Mais elles sont fabriquées dans la nature pour une raison et peut-être dans un but. dont nous pouvons bénéficier."

Il est urgent de trouver des alternatives aux pesticides chimiques car l'UE propose de réduire de moitié l'utilisation des États membres d'ici 2030 et une interdiction complète dans les zones sensibles.

Mais les pesticides ont, malgré leur mauvaise réputation, garanti que les rendements des cultures ne sont pas détruits par les maladies des plantes et les insectes. Selon une note de l'Université d'Aarhus, l'élimination progressive des pesticides entraînera des pertes de production importantes, et une élimination totale entraînera une diminution moyenne des rendements céréaliers de 23 % ainsi que des pertes importantes - jusqu'à 50 % - dans la betterave sucrière et production de pommes de terre.

Avec l'augmentation de la demande alimentaire mondiale, nous devons trouver d'autres moyens d'assurer de bons rendements pour réaliser une transition verte de la sélection végétale qui ne nécessite pas d'inclure plus de terres pour faire pousser des cultures et donc d'émettre plus de CO2.

Alors, comment examinez-vous 38 400 isolats de moisissures ? À l'heure actuelle, il n'y a qu'une seule méthode lente; l'ordinateur de poche, explique Niels Bjerg Jensen, chef de projet sur le projet et agent de liaison avec FMC. Mais en tant qu'élément clé du projet SABS, toute la collection de champignons de DTU sera "modernisée", afin que nous puissions éviter la partie portable à l'avenir et utiliser des robots pour filtrer la collection à la place.

La modernisation implique que deux techniciens de laboratoire récupèrent actuellement les isolats du sous-sol et dévissent le couvercle rouge, un par un, pour pipeter les spores du champignon et les transférer sur une plaque de gélose où elles peuvent se développer en laboratoire. Après 8 à 10 jours, les techniciens du laboratoire peuvent récolter les spores fraîches et les transférer dans un plateau en plastique à 24 trous (ou puits, comme on les appelle en réalité) où chaque puits abrite son propre isolat fongique.

Ensuite, le robot prend le relais et transfère éventuellement les champignons dans un plateau en plastique de 96 puits. Désormais, le format des champignons s'intègre dans le processus automatisé où un robot peut pipeter les spores de 96 champignons à la fois.

« À l'avenir, cela signifie que nous pourrons dépister environ 100 fois plus de moisissures à la fois lorsque nous recherchons un organisme pour nous aider », explique Niels Bjerg Jensen, qui explique que la collection de champignons dans le nouveau robot- format convivial sera stocké à moins 80°C, afin que les isolats puissent être récupérés encore et encore pour de futurs dépistages.

Le processus automatisé, où le pipetage lent et manuel est ignoré, signifie que la vitesse et la quantité de données augmentent considérablement. C'est une tendance qui se voit dans le monde entier appelée laboratoires à haut débit.

"Il ressort des articles de recherche en biotechnologie du monde entier que les ensembles de données deviennent de plus en plus gros. Il y a quelques années à peine, il était normal qu'un ensemble de données se compose peut-être d'une douzaine de micro-organismes. Il est désormais possible d'en inclure des centaines. de micro-organismes », explique Rasmus John Nordmand Frandsen.

Cela impose également des exigences en matière de personnel aux laboratoires de biotechnologie, qui ont désormais également besoin de profils capables de programmer des robots et de construire des entrepôts de données pour structurer les énormes quantités de données biologiques.

Comme les dépistages des champignons au DTU génèrent des données, il sera également possible d'utiliser l'intelligence artificielle dans les dépistages des champignons.

"L'intelligence artificielle peut trouver des connexions et des modèles sur d'énormes quantités de données que les humains ne peuvent tout simplement pas étudier, et elle peut faciliter une identification plus rapide des champignons qui ont le potentiel de nous aider", explique Rasmus John Nordmand Frandsen.

Dans le projet SABS, DTU a déjà criblé et identifié certains champignons prometteurs capables de produire les substances bioactives convoitées en laboratoire. Les candidats ont été remis à FMC pour complément d'enquête. Si les résultats prometteurs se poursuivent, la prochaine étape consiste à tester les substances dans des conditions contrôlées dans des expériences sur le terrain où le grain est cultivé à l'aide de fongicides naturels.

Pour FMC, le projet est une opportunité de développer des solutions répondant aux besoins de l'agriculture pour mener à bien sa transition verte.

"Les biopesticides apportent de nouvelles méthodes de lutte contre les maladies des plantes et contribuent à prolonger l'utilité de la chimie existante. C'est un outil durable qui répond à la fois au besoin de nouvelles solutions des viticulteurs et à la résistance, ce qui permet de prolonger la durée de vie des actifs chimiques ainsi que de protège l'environnement », déclare Burghard Liebmann, directeur R&D de la santé des végétaux au Centre européen d'innovation de FMC à Hørsholm, au Danemark.

« FMC est enthousiasmé par la collaboration avec DTU dans le projet SABS. Nous bénéficions de la collection vaste et diversifiée de micro-organismes de DTU Bioengineering. L'expertise de DTU en microbiologie, génomique, métabolisme, automatisation et intelligence artificielle est précieuse pour le projet.

Fourni par l'Université technique du Danemark