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Dans les mondes infinis des champignons filamenteux

Du bioéthanol au blanchiment du papier en passant par les arômes ou les cosmétiques, les champignons filamenteux et leurs enzymes sont à l’origine d’innovations variées. Les chercheurs de l’Unité Mixte de Recherche Biodiversité et Biotechnologie Fongiques (UMR BBF) s’inspirent de la nature pour créer ou remplacer des substances nocives par des produits plus respectueux de notre environnement, et de l’Homme. 

Champignon de la pourriture blanche du bois du genre Pycnoporus.. © Inra, INRA - INSTITUT DE MICROBIOLOGIE DE PEKIN - L
Par Anaïs Bozino
Mis à jour le 24/05/2018
Publié le 25/04/2018

Difficile de s’imaginer, en regardant un champignon, l’immensité de son potentiel. Pour le moment, 100 000 espèces ont été décrites, mais les chercheurs estiment qu’il en existe plus d’un million et demi au total. « Tout reste à découvrir dans le règne des champignons, qui est représenté par une immense diversité. Ils vivent dans notre environnement, que ce soit sur les arbres, dans le sol, sur les déchets, ou même dans notre écosystème digestif… C’est un monde magnifique, dans lequel tout reste à faire » s’exclame Anne Favel, directrice de la collection de champignons filamenteux (Cirm-CF) hébergée par l’UMR BBF.

Dégrader pour mieux régner

Pendant longtemps, les champignons ont en effet été négligés au profit de recherches sur les plantes. C’est à partir de 1969 que les scientifiques ont commencé à parler de règne pour qualifier le monde des champignons. En parallèle, ils ont eu plus facilement accès aux souches de champignons filamenteux, ce qui a boosté les travaux de recherche sur ces organismes. Mais comment fonctionnent-ils ? « Les champignons sont comme nous, ils doivent manger de la matière organique qu’ils trouvent dans leur environnement pour se nourrir : on dit qu’ils sont hétérotrophes. La différence, c’est que notre digestion se fait à l’intérieur de notre corps : nos enzymes dégradent ce que nous mangeons. Alors que les champignons vont produire des enzymes dans le milieu extérieur pour « digérer », ou dégrader cette matière organique, afin d’absorber les nutriments ainsi produits ». Et, depuis plus de 25 ans, c’est cette dégradation (très efficace par ailleurs) de la matière organique, essentiellement végétale, qui intéresse tout particulièrement les chercheurs de l’Unité Mixte de Recherche Biodiversité et Biotechnologie Fongiques (BBF), l’un des rares laboratoires à travailler sur cette thématique en France.

« La nature fait des choses extraordinaires que l’homme n’aurait jamais pu inventer »

Un champ des potentialités immense…

Les champignons filamenteux et leurs enzymes sont en effet utilisés par les chercheurs pour développer des bioprocédés afin d’innover dans le domaine de la biotechnologie, pour la production de molécules biosourcées. Plus concrètement, la première application conçue par le laboratoire a été la synthèse de l’arôme naturel de vanille, ou vanilline, par transformation fongique de sons de céréales et de pulpes de betterave. Depuis, les chercheurs ont découvert que les possibilités offertes par les enzymes des champignons filamenteux étaient quasiment illimitées : dépollution des sols, économie ou substitution de composés chimiques tels que le bisphénol A, biocarburants, produits cosmétiques et pharmaceutiques, chimie verte… Finalement, notre imagination semble être la seule limite. « Notre travail au laboratoire s’inspire du vivant et de ce que sont capables de faire les champignons dans la nature. Notre but est de faciliter certains processus, ou de résoudre des problèmes » précise Jean-Guy Berrin, directeur de recherche spécialiste des enzymes fongiques. « La nature fait des choses extraordinaires que l’homme n’aurait jamais pu inventer » s’émerveille Anne Favel.

... grâce à des résidus agricoles

« Toutes ces innovations se font grâce à l’action des enzymes des champignons filamenteux sur des coproduits, des résidus agricoles non valorisés pour l’alimentation humaine ou animale par exemple : sons de céréales, tourteaux de colza et de tournesol, bagasses de canne à sucre, pulpes de betterave... Dans la région Provence-Alpes-Côte-D’azur, nous avons beaucoup de pailles de lavande et de lavandin qui sont des résidus de l’extraction des huiles essentielles. Nous pouvons les utiliser pour faire des arômes, des antioxydants, des actifs en cosmétologie, en pharmaceutique » précise Anne Lomascolo, chercheuse et Maître de conférences. Généralement, les coproduits agricoles ne sont pas utilisés ou peu valorisés. L’objectif du laboratoire est de créer de la valeur ajoutée grâce aux champignons filamenteux et leurs enzymes. « Le tourteau de colza par exemple, se vend environ 300 € la tonne, ce qui ne représente pas grand-chose ! Nous en produisons annuellement en moyenne 2,2 millions de tonnes en France, et cela n’est pas valorisé… C’est une véritable perte de valeur pour la filière agricole » alerte Anne Lomascolo. L’une des pistes pour ces tourteaux serait de les utiliser pour synthétiser un antioxydant fort, appelé canolol, qui a des propriétés antiinflammatoires et anticancérigènes. Il peut aussi servir de base à la synthèse de molécules naturelles pouvant remplacer des composés toxiques pour l’Homme, comme le bisphénol A.

Résumé des applications possibles des enzymes de champignons filamenteux en infographie.. © Inra, véronique gavalda
© Inra, véronique gavalda

Les champignons à la rescousse de notre planète

Tout reste à découvrir dans le règne des champignons
 

Utiliser à grande échelle ces processus de dégradation permettrait, en plus de réduire la chimie de synthèse, de préserver l’environnement. « Actuellement, pour blanchir le papier, les industriels utilisent un traitement chimique, néfaste pour l’environnement, et pour l’Homme, ainsi qu’un traitement mécanique coûteux en énergie. Utiliser les enzymes des champignons filamenteux permettrait de réduire, voire de supprimer ces traitements ! Et cela pourrait avoir des retombées dans bien d’autres domaines » précise Jean-Guy Berrin. De plus en plus d’industries sont intéressées par les procédés verts, pour se débarrasser de la chimie. « Certaines entreprises essayent d’anticiper pour prévoir l’avenir, et de faire des produits dépourvus de chimie de synthèse » explique Jean-Guy Berrin. « Il faut encourager la création de start-ups pour que ces procédés deviennent monnaie courante, car pour le moment, en France, il n’y a pas encore assez de productions et de vente d’enzymes sous forme de cocktails. Or, il faut absolument que ce champ d’applications se développe car il possède un fort potentiel. » En ce moment, le laboratoire BBF est sollicité par des industriels du domaine. « Cependant, même si les potentialités sont immenses, il faut faire attention à ne pas s’éparpiller pour garder notre expertise scientifique » conclut le directeur de recherche.

Contact(s)
Contact(s) scientifique(s) :

Département(s) associé(s) :
Microbiologie et chaîne alimentaire, Caractérisation et élaboration des produits issus de l’agriculture
Centre(s) associé(s) :
Provence-Alpes-Côte d'Azur

Zoom : qu’est-ce qu’un champignon filamenteux ?

Les champignons filamenteux se répartissent en deux catégories : les champignons macroscopiques et les champignons microscopiques. Ces derniers sont des microorganismes localisés aussi bien dans le sol, que sur des végétaux, que ceux-ci soient vivants (champignons parasites), ou morts et leurs filaments se développent naturellement dans le bois en décomposition par exemple. C’est en les mettant en culture que les chercheurs peuvent étudier leurs enzymes. Ils se sont d’ailleurs rendu compte, qu’en plus des enzymes que les champignons produisent en permanence, ils sécrètent également des enzymes inductibles, c’est-à-dire qu’elles sont différentes en fonction de ce que les champignons trouvent à dégrader.  

Les chiffres-clés de l'unité Biodiversité et Biotechnologie Fongique et du CIRM Champignons filamenteux.. © Inra, véronique gavalda
© Inra, véronique gavalda

En savoir plus…

La collection de champignons filamenteux

L’un des cinq sites thématiques du Centre international de ressources microbiennes (Cirm) est dédié aux champignons filamenteux d’intérêt agroindustriel et à leur valorisation. « Actuellement, ce sont 2500 souches appartenant à environ 500 espèces de champignons qui y sont préservées, et ce nombre ne fait qu’augmenter depuis la création du Cirm, il y a plus de dix ans maintenant » précise Anne Favel, directrice de la collection du Cirm-CF. Cette collection s’est enrichie au fil du temps de plusieurs manières : des collectes ont été organisées dans la nature, via des missions sur le terrain notamment en Guyane ou aux Antilles, et des dépôts ont été faits. Elle s’est également enrichie suite au rapatriement de collections patrimoniales qui n’étaient plus en mesure d’être préservées par ailleurs, ou encore, via des collaborations avec des associations et des mycologues amateurs de haut niveau. « Le tissu associatif a un rôle crucial car les passionnés qui collectent des champignons sur le terrain et les étudient ont souvent une expertise inestimable, nous sommes en plein dans les sciences participatives ». Par ailleurs, ces collections ne sont pas destinées à être seulement enrichies, elles sont également faites pour être partagées ensuite. « Nous les diffusons aux scientifiques français et étrangers, qu’ils soient académiques ou pas. En effet, pour faire avancer la recherche sur les champignons filamenteux, nous sommes également amenés à les partager avec le monde de la recherche privée : des entreprises, des start-ups… » conclut Anne Favel.

Infographie présentant la provenance des champignons filamenteux de la collection du CIRM CF, partout dans le monde.. © Inra, véronique gavalda
© Inra, véronique gavalda

Du bioéthanol dans les laboratoires de l’Inra

Des travaux sur les biocarburants ont été effectués par le laboratoire BBF, afin de produire du bioéthanol à partir de la biomasse végétale. « Des cocktails enzymatiques produits à partir de champignons filamenteux sont déjà utilisés dans l’industrie, c’est une réalité industrielle aujourd’hui » précise Jean-Guy Berrin. Cependant, des améliorations restent à apporter, et c’est pour cela que, après avoir participé au projet Futurol pour la production de bioéthanol de seconde génération, les chercheurs continuent à étudier les enzymes et les souches favorisant le relargage de sucres à partir de résidus agricoles et forestiers. L’objectif est d’arriver à améliorer le procédé et de développer en parallèle des applications plus orientées chimie verte et matériaux.

Pour en savoir plus, notre dernier communiqué de presse.