Métabolites secondaires fongiques :

Notre équipe s’intéresse à une large famille de molécules produites notamment par les champignons et qui possèdent souvent des propriétés biologiques intéressantes, les métabolites secondaires. Ces molécules sont décrites traditionnellement comme dispensables à la croissance des organismes, par opposition aux métabolites primaires. Pour autant, ces produits sont utiles ! Ils sont à présent reconnus comme permettant une meilleure adaptation de ces organismes à leur environnement. Ces molécules, qu’elles soient produites par des bactéries, des plantes ou des champignons, suscitent un vif intérêt pharmaceutique, en effet une part importante des médicaments actuels dérivent de métabolites secondaires. Parmi ces médicaments, on pourrait citer de très nombreux antibiotiques, des anti-cancéreux ainsi que des traitements anti-rejets utilisés suite à des greffes d’organes. Les activités biologiques de ces molécules ne sont pas dues au hasard mais à un processus de sélection naturelle. Les organismes dans leur milieu naturel sont en constante compétition face à d’autres organismes, de la même espèce ou d’espèces différentes. L’organisme qui a la capacité de produire une substance lui conférant une meilleure adaptation (survie face aux prédateurs, résistance aux stress, meilleure croissance vis-à-vis des compétiteurs…) sera sélectionné. Depuis des décennies, ces molécules ainsi que leurs modes de biosynthèse sont donc étudiés chez les plantes et les bactéries, organismes connus pour produire une très grande variété de molécules afin d’identifier une nouvelle substance prometteuse. Chez les champignons, jusqu’à récemment, relativement peu de molécules avaient pu être mises en évidence à l’exception de quelques exemples célèbres telle la pénicilline produite par les moisissures du genre Penicillium. L’arrivée des nouvelles générations de séquençage a changé la donne, révélant que chaque génome de champignon filamenteux renferme des dizaines de clusters codant des métabolites secondaires. Ceci est finalement facilement compréhensible étant donné la présence ubiquitaire et massive des champignons dans les différents biotopes, ils participent donc à la compétition inter-organisme, « armés » eux aussi de leurs propres métabolites secondaires ! Si une partie importante de ces molécules ont des activités antibiotiques ou larvicides, d’autres peuvent lutter contre les effets des UV, de la dessiccation voire être impliquées dans la signalisation ou la communication entre cellules/organismes.

Notre premier objectif, fondamental, est de mieux comprendre le rôle de ces métabolites dans le cycle de vie du champignon P. anserina. Le deuxième objectif, plus appliqué, est d’explorer la régulation génétique et la diversité des métabolites secondaires chez P. anserina en vue d’identifier de nouvelles molécules et d’évaluer leur potentiel d’intérêt industriel, énergétique mais également thérapeutique.

Cet axe de recherche repose sur l’association interdisciplinaire d’une approche génomique et génétique (notre équipe) à une approche métabolomique : équipe Produit Naturel, Analyse et Synthèse (PNAS, Université de Paris ; T. Gaslonde et X. Cachet), équipe Chimiodiversité des Champignons Marins et Valorisations (ChiChaMVa, Université de Nantes ; C. Roullier et O. Grovel), équipe Chimie Organique et Interfaces (COrInt, Université de Rennes ; FH Porée) et équipe Chimie des Produits Naturels Fongiques (CPNF, Muséum National d’Histoire Naturelle ; S. Prado). Il se fait également en collaboration avec des généticiens et bioinformaticiens de l’Institut de Biologie Intégrative de la cellule (I2BC, Université Paris-Saclay ; F. Malagnac, P. Grognet et G. Lelandais).

Métabolites secondaires de plantes :
Plus récemment, nous avons développé une nouvelle collaboration en phytochimie pour étudier le métabolisme secondaire chez les plantes. Il s’agit de la caractérisation de solvants eutectiques profonds naturels originaux au sein du genre végétal Bryophyllum/Kalanchoe, ce projet associe la chimie des substances naturelles et la génétique moléculaire afin de caractériser et de valoriser des solvants eutectiques profonds naturels originaux au sein du genre végétal Bryophyllum/Kalanchoe, suite à l’identification d’un glucoside de nitrile, la sarmentosine, dans un extrait de B. pinnatum. Collaborations : Biologistes au LIED (F. Chapeland-leclerc et G. Ruprich-Robert : équipe B2C) ; phytochimistes de l’équipe Produit Naturel, Analyse et Synthèse (PNAS, Université Paris Cité ; R. Grougnet, R. Goncalves De Oliveira et M. Kritsanida).

II- Réseau d’hyphes

Une caractéristique originale des champignons filamenteux est leur organisation en réseau d’hyphes avec les possibilités de réaliser des branchements (la formation d’une seconde hyphe à partir d’une première) ou la fusion d’hyphes également appelée anastomose. La présence de pores entre cellules adjacentes d’une même hyphe permet une continuité cellulaire et donc la transmission de cytoplasme et d’organites cellulaires de proche en proche. Cette organisation permettrait d’optimiser la transmission de l’information et la gestion des réserves à l’échelle de l’organisme. Le réseau autorise, entre autres, une exploration optimale du milieu de croissance en permettant de traverser des zones peu propices au développement du vivant (absence d’eau ou de nutriments par exemple). Notre objectif est donc d’analyser la structure et la dynamique de croissance des réseaux fongiques soumis à des contraintes externes en vue de développer une modélisation prédictive.

Afin de mieux comprendre la mise en place du réseau chez P. anserina, nous définissons actuellement les spécificités de celui-ci et nous testons comment celles-ci sont affectées par des stress en condition de croissance. Pour cela, des collaborations interdisciplinaires au sein du LIED ont été mises en place afin de développer des outils de mesure quantitative au niveau de ce réseau, notamment au niveau de la détection des nœuds (embranchements), des apex et de la longueur totale du réseau, ainsi que d’autres paramètres comme la mesure des angles d’embranchements ou la répartition des surfaces intra-thalles. La modélisation au niveau des hyphes (approche micro) sera validée par la prédiction du comportement au niveau de l’organisme (approche macro). La transposition du modèle sera testée sur des réseaux non-biologiques afin de définir potentiellement des invariants. Cette approche nous permettra de disposer d’outils quantitatifs pour tester l’effet des conditions de croissance (i.e l’environnement) sur le réseau mycélien et son organisation. Parmi les conditions que l’on souhaite tester, il y a des stress abiotiques (stress thermique, salin, osmotique, mécanique ou la confrontation avec des organismes compétiteurs (champignons ou bactéries) en lien avec la production de métabolites secondaires.

Cet axe de recherche est porté via une association interdisciplinaire du LIED entre des biologistes (F. Chapeland-Leclerc, G. Ruprich-Robert, C. Ledoux et E. Cabet notre équipe), des physiciens (E. Herbert, F. Filaine et P. David), un biostatisticien (C. Lalanne), une ingénieure CNRS/LIED en géomatique (C. Bobée), associé à des mathématiciens : Laboratoire JA Dieudonné (LJAD, Université de Nice Sophia Antipolis ; Y. d’Angelo, R. Catellier, C. Guerrier et L. Monasse), Centre de Mathématiques Appliquées (CMAP, Ecole Polytechnique ; M. Tomasevic) et Département de Mathématiques Appliquées (MAP5, Université de Paris ; A. Veber).

III – Autres sujets de recherche

Au sein du Lied nous participons également à d’autres projets interdisciplinaires, en lien avec les sciences sociales et humaines.

Méthanisation :
Nous avons initié des travaux dans le domaine de la valorisation du processus de méthanisation selon plusieurs approches :

• Nous avons initié nos travaux dans ce domaine grâce à une collaboration avec l’APESA (Association pour l’Environnement et la Sécurité en Aquitaine) qui s’intéresse à des applications agronomiques en lien avec la valorisation du biochar. Il s’agit d’un vecteur énergétique et d’un matériau hautement carboné. Nous étudions en particulier comment améliorer la biodisponibilité du phosphore présent dans ces biochars, pour les plantes, en utilisant des agents fongiques.
• Nous avons également initié un projet de recherche concernant la mise au point de procédés de prétraitement de la biomasse permettant d’augmenter le pouvoir méthanogène des déchets, notamment grâce aux champignons qui ont des capacités à dégrader la lignocellulose.
• Il est également prévu de mieux comprendre l’impact de l’utilisation des résidus issus des unités de méthanisation sur la santé et la biodiversité des sols, notamment suite à l’épandage de digestat.
• Enfin, nous allons étudier les procédés de post-traitement permettant de réduire les risques de pollution liés à l’emploi de digestat et développer des valorisations alternatives du digestat (i.e. transformation en biochar par pyrolyse). Nous faisons ainsi partie du réseau MetSHS.

Collaborations : Biologistes au LIED (F. Chapeland-Leclerc, R. Ferrari et G. Ruprich-Robert) ; APESA (Association pour l’Environnement et la Sécurité en Aquitaine ; Florian Monlau) ; économistes au LIED (S. Issehnane), au LADYSS (Université Paris Diderot ; P. Grouiez) et à l’Université de Rennes (A. Berthe) ; géographe au LIED (N. Delbart) ; chimiste à l’IPGP (F. Prévôt).

Adaptation des Champignons à la contamination Radioactives par des Actinides :
Ce projet a pour objectif la compréhension de l’adaptation remarquable des champignons à un environnement fortement contaminant en étudiant la spéciation et l’impact des actinides (Am, U, Np, Pu) à différents degrés d’oxydation (+III, +IV, +V et +VI) lors des différentes étapes de leur développement. Le but est ainsi de mieux comprendre les processus biochimiques de transfert et d’accumulation des radioéléments par le biais de trois parties distinctes complémentaires : la mise en place d’un protocole de culture adapté aux contraintes de manipulation des actinides, l’étude de l’accumulation des actinides dans les champignons et enfin la localisation et la spéciation des actinides accumulés dans les champignons.

Collaborations : Biologistes au LIED (F. Chapeland-Leclerc, G. Ruprich-Robert et E. Cabet) ; radiochimistes au Laboratoire de Physique des 2 infini Irène Joliot-Curie (IJCLab, UMR 9012), Université Paris -Saclay (M. Maloubier, C. Le Naour, Y. Pei); radiochimistes de l’Institut de Chimie (ICN, UMR 7272), Université Côte d’Azur (C. Den Auwer, G. Creff, A. Jeanson).

Etude des activités antimalaria de Terminalia albida :
La disparité des lieux de récolte peut influencer la composition chimique d’une espèce végétale, ce qui pourrait affecter sa qualité et sa bioactivité. Terminalia albida est largement utilisée dans la médecine traditionnelle guinéenne dont l’activité contre la malaria a été validée in vitro et dans des modèles murins. Le présent travail a étudié les propriétés antipaludiques et la composition chimique de deux échantillons de T. albida prélevés dans différents endroits de Guinée. Nous avons contribué à la caractérisation moléculaire des deux exemplaires.

Collaborations : Biologistes au LIED (F. Chapeland-Leclerc et G. Ruprich-Robert) ; chimistes du laboratoire de pharmacochimie et biologie pour le développement (UMR 152) IRD et l’Université Paul Sabatier Toulouse 3 (A. Camara, A. Aubouy).

Financements

• Bourse Labex Mathématique Hadamard (2018) : accueil pendant 6 mois d’une mathématicienne dans l’équipe.
• CNRS Défi Modélisation du Vivant (2019) 10 000 euros
• Financement APESA (2019) 16 000 euros
• Idex AAP Emergence « Hyphae Wide Web » (2020) 30 000 euros
• Idex Centre des politiques de la Terre AAP « Meth’InTerE » (2020) 12 000€
• MITI CNRS AAP Adaptation du vivant à son environnement « ACCRA » (2020) 4 400€
• INSIS CNRS AAP Ingénierie inspirée par la Nature « PhysNet » (2020) 11 600€
• Renouvellement CNRS Défi Modélisation du Vivant (2020) 11 300€
• Idex AAP Emergence « ANFIPA » (2021-22) 48 000€
• ANR « NEMATIC » (2021-2025) ANR-21-CE40010-01 367 000€
• Idex AAP Emergence « NADESGENE » (2022-23) 50 000€