Ce champignon « métamorphe » qui change de forme de vie pourrait révolutionner la médecine

De la fiction à la réalité biologique : le pouvoir du dimorphisme

Dans les récits de fiction, la capacité quasi paranormale de prendre une forme puis d’en changer, connue sous le nom de dimorphisme, est l’apanage des loups-garous et autres créatures métamorphes. Pourtant, grâce à un certain type de champignon, ce phénomène existe bel et bien dans le monde réel. Des scientifiques se sont penchés sur cet organisme capable de devenir deux formes de vie différentes.

Plusieurs espèces de champignons de l’ordre des Mucorales, comme le Mucor lusitanicus, possèdent cette faculté de transformation. Ils peuvent passer de l’état de levure à celui de mycélium, et inversement. Alors que les levures sont unicellulaires et se reproduisent de manière asexuée, les champignons mycéliens sont multicellulaires. Ces derniers possèdent de nombreux filaments, appelés hyphes, et peuvent s’auto-répliquer par reproduction sexuée ou asexuée.

Jusqu’à récemment, le mécanisme exact permettant aux gènes de ces champignons de muter en fonction de l’environnement, puis de revenir à leur forme initiale au sein d’un même génome, restait inconnu. Une équipe de chercheurs a observé plusieurs espèces de Mucorales pour percer ce mystère. Il s’avère que des centaines de familles de gènes chez ces espèces fongiques ont subi une évolution convergente.

Une évolution convergente inscrite dans les gènes

Bien qu’ils ne soient pas apparentés les uns aux autres, des groupes de gènes subissant une évolution convergente développent des caractéristiques similaires. Ce phénomène s’observe également chez des organismes entiers. Les oiseaux et les chauves-souris, par exemple, ont tous deux développé le vol propulsé, bien que la chauve-souris soit un mammifère. Tandis que les différentes familles de gènes des Mucorales remplissent leurs propres fonctions, leurs paralogues — des gènes dont la forme ancestrale s’est divisée en deux types distincts — présentent des adaptations convergentes.

Ce sont ces adaptations qui rendent possible la transformation en levure ou en mycélium selon l’environnement. Les chercheurs ont également découvert deux gènes jusqu’alors inconnus qui contrôlent l’expression des familles de gènes dimorphes. La preuve de leur importance est flagrante : les formes mutantes de M. lusitanicus dépourvues de ces gènes se sont révélées incapables de changer de forme.

Dans une étude récemment publiée dans Nature Communications, les scientifiques expliquent : « Les génomes des Mucorales dimorphes ont subi une adaptation substantielle au processus dimorphique. Cette adaptation se reflète également dans les différences prononcées entre les formes levure et mycélienne, ainsi que dans les caractéristiques dimorphiques uniques de ces organismes, y compris l’indépendance des deux morphotypes et les transitions réversibles entre eux. »

L’environnement comme déclencheur de la métamorphose

La transition morphologique de la levure au mycélium, ou vice versa, ne se fait pas au hasard. Au cours de ce processus, les paralogues chez M. lusitanicus et d’autres champignons dimorphes travaillent de concert. Ils coordonnent leur expression afin que les caractéristiques d’une forme particulière apparaissent simultanément. Le facteur déterminant est l’environnement, et plus précisément la présence ou l’absence d’oxygène.

Dans des environnements anaérobies, le M. lusitanicus prend la forme d’une levure alimentée par un métabolisme fermentaire. De manière générale, les levures prospèrent en présence de niveaux élevés de dioxyde de carbone et de glucose. À l’inverse, lorsqu’il est exposé à un environnement aérobie, ce même organisme se transforme en mycélium. Il utilise alors un métabolisme oxydatif et développe des hyphes qui se différencient ensuite en structures plus complexes, les mycéliens ayant besoin d’oxygène pour exister.

Cette capacité d’adaptation est cruciale pour comprendre le cycle de vie de ces organismes. Savoir quels gènes sont responsables de ces transformations pourrait aider au développement de traitements antifongiques et avoir d’autres applications pharmaceutiques et industrielles.

Vers de nouveaux traitements contre la mucormycosis

Comprendre les gènes qui modifient la morphologie des champignons Mucorales peut potentiellement orienter vers des traitements antifongiques plus efficaces. D’autres espèces de Mucorales peuvent provoquer une infection fongique potentiellement mortelle, la mucormycosis, dans des environnements riches en oxygène. Les individus immunodéprimés, tels que les receveurs de greffes d’organes ou les personnes souffrant de diabète, de leucémie ou de lymphome, sont particulièrement sensibles à cette maladie.

Toutefois, cette vulnérabilité existe seulement si le champignon est capable de prendre sa forme mycélienne. Les champignons pathogènes disposent d’un avantage dans le corps d’un autre organisme car ils sont alimentés par une abondance de nutriments et peuvent facilement envahir les tissus grâce à leurs hyphes. C’est ici que la découverte génétique prend tout son sens thérapeutique.

Il existe en effet une voie de signalisation capable de les transformer en levure, même dans des conditions aérobies. Si elle est utilisée contre eux de la bonne manière, cette voie pourrait oblitérer l’infection en empêchant le champignon d’adopter sa forme invasive.

Des applications industrielles et pharmaceutiques prometteuses

Au-delà de la médecine d’urgence, la compréhension du dimorphisme chez les champignons constitue un atout pour de nombreuses applications. L’ingénierie des champignons pour qu’ils restent sous une forme ou une autre permet de tirer parti de capacités spécifiques. Par exemple, les levures sont couramment utilisées pour la fermentation industrielle. De plus, les champignons peuvent être génétiquement optimisés pour la production de métabolites.

Ces métabolites fongiques ont un spectre d’utilisation très large. Ils peuvent entrer dans la composition de suppléments antioxydants, de produits pharmaceutiques — la pénicilline en est la preuve —, de colorants et d’enzymes industrielles. Ils possèdent également des propriétés qui pourraient tout faire, du ralentissement du vieillissement à la lutte contre le cancer.

Les chercheurs concluent sur l’importance de leurs travaux : « [Nos] découvertes éclairent les stratégies évolutives sous-jacentes au dimorphisme chez les Mucorales, fournissant une base pour de futures études sur son impact sur la physiologie, la pathogénicité et la phylogénie fongiques. Les connaissances acquises grâce à cette recherche fournissent également une base critique pour comprendre la virulence des Mucorales. »

Selon la source : popularmechanics.com

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