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RÉSUMÉ
La prédominance des champignons parmi les micro-eucaryotes dans de nombreux habitats marins, en termes de diversité et de biomasse, ainsi que leurs capacités à produire une forte diversité d’exopolysaccharides et de métabolites secondaires originaux en font de nouveaux modèles d’études à fort potentiel de valorisation susceptibles d’attirer l’attention des opérateurs des biotechnologies. Cet article présente un état de l’art des connaissances liées aux champignons marins ainsi que les applications possibles en biotechnologie, par des approches culturales et moléculaire, notamment par ingénierie inverse.
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Gaëtan BURGAUD : Enseignant-Chercheur ESIAB-LUBEM-EA3882 (Brest), France
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Mohamed MEHIRI : Enseignant-Chercheur Université de Nice-Sophia Antipolis-ICN (Nice), France
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Laurence MESLET-CLADIÈRE : Enseignant-Chercheur ESIAB-LUBEM-EA3882 (Brest), France
INTRODUCTION
Le milieu marin est constitué d’une multitude d’habitats, s’étendant des zones côtières aux grands fonds océaniques, dans lesquels les communautés microbiennes jouent des rôles essentiels, notamment par leur implication dans les cycles biogéochimiques. Les recherches menées sur ces différents habitats marins, parfois très atypiques, ont permis de mettre en évidence la richesse des communautés microbiennes par des approches toujours plus innovantes. Ces communautés de micro-organismes, très diversifiées et en constante interaction, constituent un vaste champ d’investigation pour les biotechnologies. Les bactéries et les archées, ainsi que quelques micro-eucaryotes, notamment les microalgues, sont les micro-organismes les plus étudiés en milieu marin. Cependant, de récentes études ont clairement démontré la présence et l’activité de communautés fongiques dans de nombreux habitats marins, ouvrant ainsi tout un champ d’investigation pour mieux comprendre leur diversité, leur biomasse, leurs rôles écologiques, leurs interactions biotiques et abiotiques ainsi que leur potentiel biotechnologique.
Si les propriétés singulières des champignons terrestres et les applications biotechnologiques associées, notamment en biotechnologies rouge, blanche et jaune, ne sont plus à démontrer, qu’en est-il des champignons marins ? Ces micromycètes représentent-ils un nouveau gisement de biomolécules, notamment les enzymes, biopolymères et métabolites secondaires ? Après avoir défini le « concept » de champignons marins et présenté la diversité et les fonctions de ces micro-organismes plus ou moins atypiques, un état de l’art des biomolécules produites par ces organismes et susceptibles d’attirer l’attention des opérateurs des biotechnologies (enseignants-chercheurs, chercheurs, ingénieurs et startups/entreprises) sera exposé. Les approches pratiques dédiées au criblage génétique/génomique des champignons marins pour révéler le potentiel de synthèse de métabolites secondaires seront ensuite présentées afin de mettre à disposition les méthodes et pipelines de valorisation existants visant à exploiter le potentiel biotechnologique des champignons marins.
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2. Approche de rétro-ingénierie
Les métabolites secondaires les plus retrouvés chez les champignons marins sont les polycétides, les peptides non ribosomaux et les terpènes, qui représentent environ 80 % des composés naturels obtenus de ces micro-organismes . Ces métabolites restent cependant globalement peu accessibles en raison de nombreuses voies de biosynthèse cryptiques, c’est-à-dire non exprimées, ou trop faiblement, en conditions classiques de laboratoire. En effet, une analyse bio-informatique du génome de l’espèce Acremonium chrysogenum, connue principalement pour la synthèse de céphalosporine C, indique la présence de 38 clusters de gènes impliqués dans la synthèse de métabolites secondaires, dont ~ 52 % codant des polycétides, ~ 28 % des peptides non ribosomaux, ~ 5 % des hybrides et ~ 5 % des terpènes. Pour pallier ce manque d’expression de gènes d’intérêt, plusieurs solutions peuvent être envisagées comme celles citées précédemment (voir partie 1.3) ou des approches d’ingénierie inverse basées sur l’utilisation d’outils de biologie moléculaire. Ces approches de rétro-ingénierie présentent l’avantage de se passer de la culture de micro-organismes et également de valoriser des micro-organismes non cultivés mais dont les gènes, voire le génome, sont accessibles par des approches métagénomiques et métatranscriptomiques.
2.1 Définition de l’ingénierie inverse
À l’inverse des approches dites « classiques »...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - JONES (E.B.G.) et al - Classification of marine Ascomycota, Basidiomycota, Blastocladiomycota and Chytridiomycota. - Fungal Diversity, 73(1), p. 1-72 (2015).
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(2) - EDGCOMB (V.P.) et al - Marine subsurface eukaryotes: the fungal majority. - Environ. Microbiol., 13(1), p. 172-83 (2011).
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(3) - ORSI (W.D.) et al - Gene expression in the deep biosphere. - Nature (2013).
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(4) - RÉDOU (V.) et al - In-depth analyses of deep subsurface sediments using 454-pyrosequencing reveals a reservoir of buried fungal communities at record-breaking depths. - FEMS Microbiol. Ecol., 90(3), p. 908-21 (2014).
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(5) - RÉDOU (V.) et al - Marine Fungi, in The Marine Microbiome. - Springer, p. 99-153 (2016).
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(6) - KOHLMEYER (J.), KOHLMEYER (E.) - Marine mycology: the higher fungi. - ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
AntiSMASH, base de données servant à détecter la production d’antibiotiques chez des micro-organismes : https://antismash.secondarymetabolites.org
PRISM, logiciel de prédiction des métabolites secondaires chez les micro-organismes : https://magarveylab.ca/prism/#!/prism
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Colloque Sea Tech Week, Bioressources marines et leurs applications, a lieu tous les ans à Brest : http://www.seatechweek.eu/
Conférence internationale MaFNaP. Colloque sur les produits naturels des champignons marins, a lieu tous les ans dans des villes d’Europe différentes.
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