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Une course contre les changements climatiques favorise la découverte d’une enzyme qui transforme une toxine menaçant le maïs

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Les producteurs canadiens ne connaissent que trop bien les champignons et les problèmes qu’ils peuvent causer dans les champs, pendant la transformation ou lors de l’entreposage. Les champignons sécrètent souvent de petites molécules toxiques appelées mycotoxines qui les aident à survivre sur les cultures hôtes. La contamination par les mycotoxines peut avoir d’énormes répercussions économiques pour les producteurs agricoles, et leur ingestion par les humains ou le bétail peut entraîner des conséquences négatives considérables sur la santé, y compris la mort.

Si certains champignons préfèrent les conditions sèches, d’autres prolifèrent dans les climats humides. Avec les changements climatiques et le réchauffement des températures, les champignons qui produisent des mycotoxines de type fumonisine se reproduisent encore plus. Il s’agit de l’environnement idéal pour aggraver les menaces qui pèsent sur notre système alimentaire.

Presque toutes les sources de produits alimentaires peuvent être l’hôte de champignons producteurs de substances chimiques toxiques. Les céréales comme le maïs et le blé y sont particulièrement vulnérables, ce qui est préoccupant, car nous en produisons beaucoup pour l’alimentation humaine et animale et pour le bioéthanol. Des centaines de ces composés fongiques menacent de se retrouver dans nos systèmes alimentaires. Dans les pays en développement, la menace des mycotoxines est souvent synonyme de perte de vies humaines et animales. Au Canada, les champignons risquent d’entraîner des pertes économiques causées par la destruction des récoltes plutôt que des conséquences pour la santé, principalement en raison des procédures d’analyse rigoureuses que nous avons mises en place.

« Il faut trouver des moyens d’améliorer la salubrité des aliments et des aliments du bétail en réduisant la toxicité des mycotoxines. Au Canada, les mycotoxines peuvent entraîner des pertes totales allant jusqu’à un milliard de dollars au cours d’une très mauvaise année, et on estime que les pertes mondiales se chiffrent en milliards de dollars chaque année. »

- Mark Sumarah, expert en mycotoxines et en champignons au Centre de recherche et de développement de London, en Ontario

C’est en analysant un type de mycotoxine dans son laboratoire — la fumonisine — que Mark a commencé à se poser une question importante. « Je me suis demandé comment le champignon pouvait produire autant de toxines sans que celles‑ci le tuent », explique‑t‑il.

« Bien que les fumonisines ne soient pas un gros problème au Canada à l’heure actuelle, elles risquent fort de devenir une menace pour les cultures canadiennes à mesure que le climat se réchauffe. J’ai commencé à me demander ce que nous devions faire pour relever ce défi de front. »

Justin Renaud, collègue de Mark et chimiste spécialisé dans la métabolomique et la chimie analytique, a suggéré d’analyser la mycotoxine de type fumonisine à l’aide du spectromètre de masse à haute résolution du Centre.

« Cet appareil est tellement puissant qu’il nous permet de détecter des choses qui sont présentes avant même que nous sachions ce que nous recherchons », explique‑t‑il. « Il nous a permis de voir tout ce que fabriquaient les champignons qui produisent la mycotoxine de type fumonisine. »

En fait, le spectromètre les a aidés à découvrir deux nouveaux types de mycotoxines de type fumonisine non toxiques. Ils ont pu constater comment le champignon avait trouvé le moyen d’éliminer un seul atome afin de se protéger. « Lorsque la concentration atteint un certain niveau, le champignon transforme les fumonisines toxiques en une forme non toxique », précise Justin.

Fascinés par ces nouvelles toxines, Mark et Justin ont fait part de leur découverte à un troisième collègue du Centre, Chris Garnham, un biochimiste et biologiste structural qui venait de créer son propre laboratoire au Centre.

« Ils m’ont dit que ces toxines nouvellement découvertes étaient probablement générées par une enzyme inconnue et m’ont demandé si je pouvais les aider à trouver l’enzyme en question », explique Chris. « La recherche semblait intéressante et stimulante. J’ai pensé que ce serait une bonne façon pour moi d’appliquer mes compétences en biochimie des protéines dans un tout nouveau domaine de recherche et de collaborer avec mes collègues. »

Chris a isolé des protéines du champignon et les a analysées. Après quelques essais et erreurs, il a réussi à identifier l’enzyme responsable de la diminution de la toxicité de la molécule. Cependant, le véritable défi a été de cloner cette enzyme afin de vérifier comment elle réagissait dans des systèmes de levure semblables à ceux utilisés dans la production de bioéthanol. L’enzyme éliminerait‑elle la toxine dans ce scénario concret et pas seulement chez son hôte d’origine?

« Cette enzyme a complètement converti la toxine de type fumonisine en une forme non toxique », explique Chris. « Inutile de vous dire que nous étions très enthousiastes quand nous avons vu les données indiquant que l’enzyme était active et capable de cibler les fumonisines. »

L’enzyme, qui est en attente de brevet, est très prometteuse en tant qu’outil permettant d’assainir les aliments destinés à la consommation humaine et animale qui sont contaminés par la fumonisine. Les chercheurs collaborent avec leur partenaire industriel canadien Lallemand Inc. afin de développer davantage cette enzyme et d’en faire un outil sûr et efficace pour améliorer la qualité des aliments destinés à la consommation humaine et animale pour les producteurs et les consommateurs canadiens.

« La collaboration entre Mark, Justin et moi a bien fonctionné, car nous possédons tous des compétences uniques qui complètent très bien les programmes de recherche de chacun », déclare Chris. « Ce sera vraiment une victoire pour les producteurs agricoles, une victoire pour les animaux et une victoire pour les transformateurs de bioéthanol. »

Quelle sera la suite pour ce trio de chercheurs? Ils tentent de trouver une enzyme qui s’attaquera à une autre menace pour les producteurs agricoles canadiens : la vomitoxine dans le maïs et le blé. Compte tenu de leur succès, l’avenir semble prometteur.

Principales découvertes (avantages)

Galerie de photos

Portraits de trois scientifiques ayant participé à cette recherche : Chris Garnham, Mark Sumarah, Justin Renaud
Chris Garnham, Mark Sumarah, Justin Renaud
Cristaux microscopiques jaunes de l’enzyme découverte qui élimine les effets nocifs de la toxine.
Enzyme cristallisé
Bécher en verre contenant des grains de maïs noircis recouverts d’un champignon blanc duveteux.
Fusarium verticillioides (champignon qui produit des mycotoxines de type fumonisine) qui se développe sur le maïs.
Les grains de maïs noircissent pendant le développement du champignon (blanc).

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