Les protéines collantes plus efficaces que les pesticides

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De nombreux pesticides ont une faiblesse inhérente: les ingrédients actifs n’adhèrent pas bien aux plantes qu’ils protègent. Une fois les produits chimiques pulvérisés sur les cultures, la pluie peut les emporter dans le sol et les eaux souterraines. Les agriculteurs doivent pulvériser à nouveau et espérer un temps sec.

Des protéines collantes pour remplacer les pesticides

Aujourd’hui des chercheurs ont mis au point une approche plus collante pour protéger les plantes, une approche qui pourrait être appliquée moins fréquemment que les pesticides chimiques et pourrait être moins toxique. Ils ont conçu une molécule avec deux chaînes séparées d’acides aminés, appelées peptides. Un peptide s’enfonce dans la surface cireuse d’une feuille et reste serré malgré la pluie; l’autre s’avance comme une lance pour s’attaquer aux parasites microbiens.

Des tests en laboratoire ont montré que ces molécules atténuaient les symptômes de la rouille du soja, un champignon redouté responsable de l’une des pires maladies agricoles du monde. Ces peptides devront faire face à de nombreux défis avant de pouvoir atteindre le marché. Mais les phytopathologistes disent qu’ils pourraient constituer un nouveau moyen de protéger les cultures.

« Compte tenu de l’ampleur actuelle du problème de la rouille du soja et de l’évolution rapide de la résistance aux fongicides, tout ajout à la boîte à outils serait le bienvenu », déclare Nichola Hawkins de Rothamsted Research à Harpenden, au Royaume-Uni. Ralph Hückelhoven de l’Université technique de Munich L’Allemagne estime également que cette technique est prometteuse. « Cela ouvre une boîte aux trésors de solutions », dit-il. « C’est un peu surprenant que personne ne l’ait fait auparavant. »

Pour la fabrication de ce nouveau pesticide, Uwe Conrath un phytopathologiste, et Ulrich Schwaneberg un ingénieur en protéines, de l’Université RWTH d’Aachen d’Allemagne se sont associés. Schwaneberg se spécialise dans l’évolution dirigée des peptides – en ajoutant des gènes aux microbes pour les produire en s’appuyant sur des séries de mutations et de sélection pour développer des souches produisant des peptides à caractères améliorés.

Mode de fonctionnement de ces peptides

Il a créé des peptides qui s’attachent à des surfaces lisses telles que le polypropylène. L’équipe en a trouvé deux qui s’ancrent également sur des feuilles de soja.

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La fixation d’une protéine fluorescente sur ces peptides d’ancrage a montré qu’environ 60% à 70% de la feuille en restait couverte, même après que la plante ait été arrosée dans une chambre de simulation de pluie. Ces deux peptides s’accrochaient également bien aux feuilles d’orge, de maïs, de myrtille et d’autres cultures. Schwaneberg dit qu’ils peuvent être conçus pour adhérer plus ou moins étroitement, comme vous le souhaitez.

L’étape suivante consistait à attacher un peptide antimicrobien à l’ancre. L’équipe a choisi la dermaseptine, un peptide découvert il y a des années dans la peau de rainettes. La dermaseptine s’attaque à un large éventail de microbes, y compris des bactéries et des champignons, endommageant d’une manière ou d’une autre leurs membranes cellulaires.

Conrath note que les agents pathogènes sont beaucoup moins susceptibles de développer une résistance – un problème posé par les pesticides chimiques – car il est difficile de modifier la structure de base des membranes cellulaires.

C’est une bonne idée mais ces peptides doivent être plus puissants

Lorsqu’il a été testé sur des lames de verre, ce peptide fondu était à peu près aussi efficace que les fongicides chimiques contre les spores de la rouille du soja. Cependant, lors d’essais en laboratoire sur des plantes, ce peptide n’a réduit que d’environ 30% les symptômes de la rouille. « Ce n’est pas suffisant », déclare Emilio Montesinos, phytopathologiste et agronome à l’université de Gérone en Espagne.

« Si vous souhaitez étendre ces résultats pour la protection des cultures, vous devez faire beaucoup plus de travail. » Conrath pense qu’une tactique déjà utilisée par l’industrie pour d’autres pesticides pourrait donner des peptides plus puissants: en ajoutant des produits chimiques pour les distribuer uniformément sur les feuilles.

Il reconnaît que ces peptides n’en sont qu’au début du processus de développement des pesticides, qui peut durer une décennie et coûter 200 millions de dollars en moyenne. RWTH Aachen a breveté ce concept, et Conrath et Schwaneberg envisagent de créer une société afin de poursuivre des accords avec de grands fabricants de pesticides. Ils auront besoin d’aide pour réduire les coûts de fabrication des peptides. L’une des méthodes – l’ingénierie de microbes pour produire les peptides eux-mêmes dans des cuves industrielles – peut être délicate lorsque la protéine désirée a tendance à tuer les microbes qui la produisent.

Une autre question est la sécurité. La dermaseptine devrait faire l’objet d’une évaluation visant à déterminer sa toxicité potentielle pour les humains, ainsi que les dommages accidentels qu’elle pourrait causer aux insectes utiles, aux champignons et aux microbes. « Son spectre est vaste et persistant, ce qui crée un problème de réglementation », déclare Roma Gwynn, qui dirige Rationale, un cabinet de conseil en pesticides à Duns, au Royaume-Uni.

Des études indiquent que la dermaseptine ne nuit pas aux cellules de mammifères et que tout résidu pourrait être éliminé en lavant le produit végétal avec des enzymes. Les microbes décomposeraient probablement les peptides restant dans les champs, explique Conrath.

En ce qui concerne les agents pathogènes, l’équipe pense déjà au-delà de la rouille du soja. Ils ont montré que les peptides à base de dermaseptine pouvaient aider à protéger le maïs contre le champignon commun appelé Colletotrichum graminicola. Ils veulent également essayer de fixer ce peptide d’ancrage à Bacillus thuringiensis, ou Bt, une toxine microbienne qui tue les insectes, qui est largement utilisée par les agriculteurs biologiques et transformée en cultures transgéniques.

L’équipe testera cette approche cet automne

Avant cela, toutefois, Conrath et Schwaneberg ont l’intention de doter leurs ancres de petites quantités de cuivre, qui est également couramment utilisé dans les vignobles et les fermes biologiques pour lutter contre les champignons et autres agents pathogènes.

Cet automne, avec une subvention d’un million d’euros du ministère fédéral allemand de l’Alimentation et de l’Agriculture, l’équipe testera cette approche dans les vignobles du Sud de l’Allemagne, ce qui pourrait réduire les pulvérisations de cuivre et les écoulements qui contaminent le sol. Ils espèrent que l’idée sera acceptée par les agriculteurs.

Source : Science
Crédit photo sur Unsplash : ThomasPixabay

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