Depuis des décennies, les scientifiques cherchent des moyens efficaces et abordables de dégrader les matériaux végétaux afin de les convertir en bioproduits utiles pour la vie quotidienne.
Les biocarburants, les détergents, les compléments nutritionnels et même les plastiques sont le résultat de ce travail. Certains polymères, comme la lignine, un ingrédient principal de la paroi cellulaire des plantes, restent incroyablement difficiles à décomposer de manière abordable sans réintroduire de polluants dans l’environnement.
Une équipe de chercheurs du Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) a développé une méthode d’imagerie appelée « metabolome informed proteome imaging » (MIPI) qui permet de visualiser précisément quels composants de base font partie du processus de dégradation des plantes, ainsi que quand et où se produisent les réactions biochimiques importantes qui le rendent possible.
Relation symbiotique révèle la clé dans la dégradation des plantes
Pour leur recherche, l’équipe a étudié un type de champignon connu pour sa relation symbiotique avec une espèce de fourmis coupe-feuilles – un champignon connu sous le nom de Leucoagaricus gongylophorus. Les fourmis utilisent le champignon pour cultiver un jardin fongique qui dégrade les polymères végétaux et d’autres matériaux. Les composants résiduels de ce processus de dégradation sont utilisés et consommés par une variété d’organismes dans le jardin, permettant à tous de prospérer.
Les fourmis accomplissent ce processus en cultivant des champignons sur des feuilles fraîches dans des structures souterraines spécialisées. Ces structures deviennent finalement les jardins fongiques qui consomment le matériau. Les membres bactériens résidents aident à la dégradation en produisant des acides aminés et des vitamines qui soutiennent l’écosystème global du jardin.
Révéler des composants importants dans un système complexe
En utilisant un laser de haute puissance, l’équipe a effectué des scans sur des sections de 12 microns d’épaisseur d’un jardin fongique – l’épaisseur approximative d’un film plastique. Ce processus a permis de déterminer les emplacements des métabolites dans les échantillons, qui sont des produits résiduels de la dégradation des plantes.
Ce genre de technique a également aidé à identifier l’emplacement et l’abondance des polymères végétaux tels que la cellulose, le xylan et la lignine, ainsi que d’autres molécules dans des régions spécifiques.
Les emplacements combinés de ces composants ont indiqué des points chauds où le matériel végétal avait été décomposé. De là, l’équipe s’est concentrée sur ces régions pour voir les enzymes, qui sont utilisées pour démarrer les réactions biochimiques dans un système vivant. Connaître le type et l’emplacement de ces enzymes leur a permis de déterminer quels microbes faisaient partie de ce processus.
En synthèse
Toutes ces composantes ont aidé à confirmer que le champignon est le principal dégradateur du matériau végétal dans le système. L’équipe a également déterminé que les bactéries présentes dans le système transforment les polymères végétaux précédemment digérés en métabolites qui sont utilisés comme vitamines et acides aminés dans le système. Ces vitamines et acides aminés profitent à tout l’écosystème en accélérant la croissance fongique et la dégradation des plantes.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que la lignine ?
La lignine est un polymère organique complexe qui, avec la cellulose et l’hémicellulose, contribue à la rigidité des plantes et forme une grande partie de leur paroi cellulaire.
Qu’est-ce que le Leucoagaricus gongylophorus ?
Leucoagaricus gongylophorus est une espèce de champignon qui a une relation symbiotique avec certaines espèces de fourmis coupe-feuilles. Les fourmis utilisent ce champignon pour décomposer les matériaux végétaux et nourrir leur colonie.
Qu’est-ce que le MIPI ?
MIPI, ou «metabolome informed proteome imaging», est une méthode d’imagerie qui permet aux scientifiques de visualiser les composants de base du processus de dégradation des plantes, ainsi que quand et où se produisent les réactions biochimiques importantes.
Quel est le rôle des bactéries dans ce système ?
Les bactéries présentes dans le système transforment les polymères végétaux précédemment digérés en métabolites qui sont utilisés comme vitamines et acides aminés. Ces vitamines et acides aminés profitent à tout l’écosystème en accélérant la croissance fongique et la dégradation des plantes.
Quelles sont les applications potentielles de ces découvertes ?
Ces découvertes pourraient être utilisées pour améliorer la production de biocarburants et de bioproduits en utilisant des méthodes de dégradation des plantes plus efficaces et respectueuses de l’environnement.
Références
Légende illustration : Les fourmis coupeuses de feuilles utilisent des feuilles, un type de champignon connu sous le nom de Leucoagaricus gongylophorus et des bactéries pour cultiver un jardin fongique qui dégrade les matières végétales difficiles à décomposer. Les scientifiques du PNNL ont récemment mis au point une méthode qui leur permet de visualiser les rouages complexes de la façon dont ces organismes travaillent ensemble pour accomplir ce processus, ce qui fournit des informations importantes pour la création de bioproduits.
