Le biofilm, nouveau protecteur d’une agriculture écologique

A partir des recherches sur l’organisation des micro-organismes, les chercheurs ont imaginé une nouvelle alternative au traitement chimique des cultures associant efficacité et préservation de l’environnement grâce à l’utilisation d’agents de bio-contrôle organisés en biofilms

Monts du Lyonnais, Rhône. © Inra, LHOPITAL Marie-Christine
Mis à jour le 24/07/2017
Publié le 21/07/2017

Les biofilms : des ennemis qui peuvent devenir des amis

Qu’ils soient bénéfiques ou non, les biofilms sont présents partout : d’après l’Institut national de la santé (NIH), ils seraient responsables de 80% des infections chez l’Homme. Dans ces cas, l’infection est d’autant plus difficile à traiter que cette organisation est tolérante aux antimicrobiens. Les biofilms agissent en effet comme une bulle de protection pour les microorganismes les préservant de la sécheresse, des composants toxiques et polluants, leur permettant ainsi de se diversifier et de se développer.

En étudiant le fonctionnement des biofilms, les chercheurs en microbiologie de l’Institut Micalis, ont eu l’idée d’utiliser leurs propriétés au service de l’Homme et en particulier pour la protection des cultures. Le principe est de remplacer les produits traditionnellement utilisés par des biofilms de micro-organismes permettant de lutter contre les pathogènes des cultures, appelés « agents de bio-contrôle ». Les agents de bio-contrôle sont déjà présents sur le marché agricole, principalement en Europe et en Amérique du nord. Biofongicides, biobactéricides et biofertiliseurs sont produits à partir de bactéries comme Bacillus amyloliquefaciens ou Bacillus subtilis, sécrétant des substances comme la surfactine, la fengycine ou l’iturine, qui peuvent être utilisés sur de nombreuses cultures (blés, champignons de Paris, avocats, fleurs, arbres fruitiers, vignes…).

Efficacité du biofilm pour la protection des cultures

L’usage de biofilms permet de rediriger et de concentrer les mécanismes anti-pathogènes des agents de bio-contrôle pour protéger les récoltes, un avantage par rapport à une diffusion classique d’agents de bio-contrôle. Au cœur de l’organisation en biofilm, des biomolécules de la matrice extracellulaire maintiennent l’intégrité de la structure et empêchent la dilution des molécules anti-pathogènes produites par les agents de bio-contrôle. Cette cohésion rend l’action des agents de bio-contrôle plus efficace contre les maladies attaquant les plantes agricoles, que s’ils étaient dispersés. En outre, les biofilms, à travers les bactéries qui les peuplent, produisent des phytohormones et des stimuli (signaux VOCs et QS), qui vivifient la croissance des plantes et donc le rendement des terres agricoles.

Une étude de 2006 a montré que la surface des feuilles de tabac a augmenté (environ 36%) lorsque les plantes étaient exposées au 2,3-butanediol, substance produite par la bactérie Pseudomonas chlororaphis. Par ailleurs, de nombreuses études démontrent l’action positive des biofilms sur l’expression de certains gènes utiles de bactéries : chez Bacillus amyloliquefaciens (déjà commercialisé comme agent de bio-contrôle) les chercheurs ont démontré une sur-expression du gène responsable de la production de bacilysine (un antibiotique). Une propriété d’autant plus intéressante des biofilms, qu’une grande partie du génome des bactéries Bacillus est alloué à la production d’antimicrobiens. En effet, 8.5% du génome de Bacillus amyloliquefaciens est associé à la production de substances antimicrobiennes. Chez Streptococcus mutans (une bactérie associée à la carie dentaire), c’est même 12% de son génome qui s’exprime différemment au sein d’un biofilm.

De belles perspectives d’innovation

« Il est maintenant nécessaire de prendre en compte la capacité des agents de bio-contrôle à vivre sous forme de biofilms pour augmenter l’efficacité de ce système de protection des récoltes », explique Caroline Pandin, doctorante du DIM ASTREA et co-auteur de l’étude. Pour les chercheurs, le but est aussi d’identifier les gènes responsables de cette organisation complexe ainsi que de l’effet de bio-contrôle mis en jeu par ces micro-organismes.

« Comme dans n’importe quelle société, certains organismes collaborent ensemble plus facilement que d’autres. Il est de notre rôle d’identifier les souches microbiennes travaillant plus volontairement en synergie, pour mettre au point des cocktails microbiologiques les plus efficaces », souligne Caroline Pandin. Actuellement, l’équipe de recherche s’essaie, avec des résultats prometteurs, à l’étude de la formation de biofilms par un agent de bio-contrôle utilisé pour protéger les cultures des champignons de Paris.

Les biofilms offrent ainsi de belles perspectives en matière de protection des cultures, tout en préservant  leur environnement.

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Microbiologie et chaîne alimentaire
Centre(s) associé(s) :
Jouy-en-Josas
Dispositif d'intérêt majeur Agrosciences, Ecologie des territoires, Alimentation (Astrea) - Conseil régional Île-de-France © Dim Astrea

Le DIM ASTREA

L’Ile-de-France, région innovante, soutient la recherche à travers le DIM ASTREA (labélisé DIM sur la période 2008-2016). Ce dernier, initie une véritable dynamique de recherche dédiée aux sciences agronomiques et écologiques pour l’alimentation. Son but est avant-toute chose d’offrir des solutions durables dans le ravitaillement des grands espaces urbains, dans un plus grand souci de préservation de l’environnement.

https://www.dim-astrea.fr/