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Mechanistic and functional studies of Bacillus biofilms assembly on plants, and their impact in sustainable agriculture and food safety

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Des microbes respectueux des plantes pour une agriculture plus durable

Avec ses recherches menées dans le cadre du projet BacBio, financé par le CER, Diego Romero espère ouvrir la voie vers une agriculture plus durable, qui s’appuie davantage sur des microbes bénéfiques et moins sur les pesticides et les fongicides.

Changement climatique et Environnement
Alimentation et Ressources naturelles

Les maladies bactériennes représentent le pire cauchemar de l’agriculture industrielle. Elles réduisent les rendements, se propagent rapidement et amputent les marges bénéficiaires. Jusqu’à présent, la réponse s’est révélée tout aussi catastrophique: les fongicides, les bactéricides et les nématicides pulvérisés sur les cultures contribuent non seulement à la dégradation de l’environnement, mais peuvent également devenir moins efficaces contre les microbes présents dans les fruits et les légumes. Selon Diego Romero, professeur au sein du département de microbiologie de l’université de Malaga, il est temps d’adopter de nouvelles approches mettant l’accent sur la durabilité. Grâce au projet BacBio (Mechanistic and functional studies of Bacillus biofilms assembly on plants, and their impact in sustainable agriculture and food safety), financé par le CER et lancé en 2015, il entend répondre à une question: est-il possible de protéger les plantes avec des microbes bénéfiques remplaçant partiellement les pesticides, tout en évitant la contamination par des agents pathogènes humains durant ce processus? «L’agriculture actuelle est peut-être marquée par un problème conceptuel. Je pense que nous devrions oublier l’idée de produits sans microbes et essayer de trouver un équilibre entre la charge microbienne présente dans le produit et les dommages collatéraux que nous infligeons à l’environnement», explique-t-il. «Personnellement, je placerais davantage d’efforts dans la réduction des dommages à l’environnement, ce qui, à long terme, serait bénéfique pour l’agriculture.» Cette nouvelle approche nécessite implicitement de varier les stratégies. Les conditions environnementales ne sont pas les mêmes selon les régions, et les cultures en serre impliquent des contraintes supplémentaires. En d’autres termes, les maladies microbiennes évolueront différemment selon l’environnement, et les solutions potentielles devront s’adapter en conséquence. BacBio montre la voie à suivre en étudiant la matrice extracellulaire (MEC) de deux communautés microbiennes (également connues sous le terme de biofilms). «Nous étudions particulièrement Bacillus subtilis et Bacillus cereus, deux organismes liés dont les fonctions diffèrent considérablement. Le premier est un agent de biocontrôle qui protège les plantes, tandis que le second est pathogène pour les humains. En étudiant ces deux microbes vivant dans le sol en association avec les plantes, nous pouvons comprendre les différences chimiques entre leurs MEC respectives. L’idée consiste à potentialiser les bénéfices induits par B. subtilis aux plantes, tout en réduisant ou en évitant B. cereus», ajoute Diego Romero.

Le rôle des protéines

L’une des conclusions les plus notables jusqu’à présent concerne la manière dont Bacillus s’adapte afin de vivre dans des environnements plus complexes comme les plantes. «Chez B. subtilis, nous avons découvert que l’exopolysaccharide et une protéine hydrophobe de la MEC forment un bouclier qui entrave l’accès des cellules étrangères à la colonie. Si vous éliminez ces composants, un autre microbe vivant sur les plantes peut s’infiltrer dans la colonie Bacillus», souligne Diego Romero. L’équipe a également caractérisé une protéine amyloïde nécessaire pour assembler le biofilm de Bacillus. Essentiellement connues pour leur implication dans les troubles chez l’humain, les amyloïdes sont largement répandues dans la nature et peuvent contribuer à définir le statut physiologique des cellules bactériennes. Elles jouent également un double rôle: leur absence entraîne une augmentation de la production antimicrobienne par Bacillus, tandis que les cellules au sein de la phyllosphère (la surface de la feuille) deviennent plus sensibles à sa présence. «Nous pensons que Bacillus utilise ces deux rôles de l’amyloïde pour permettre de manière complémentaire aux cellules d’adhérer à la pollysphère agressive, de la coloniser et d’y rester. Il permet de contrôler efficacement les maladies fongiques», déclare Diego Romero. En améliorant notre compréhension de la transition bactérienne d’entités isolées à une communauté organisée interagissant avec les plantes, le projet pourrait avoir un impact considérable dans le domaine de l’agro-biotechnologie. Diego Romero espère que ses découvertes permettront de produire des microbes bénéfiques pour une agriculture plus durable et plus diversifiée.

Mots‑clés

BacBio, agriculture, durabilité, microbes, pesticides, fongicides, bacillus

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