Introduction

Les champignons sont un groupe diversifié d’organismes et ils sont partout. Il existe de nombreuses espèces connues, mais nous ne les avons pas encore toutes découvertes. En fait, nous ne sommes parvenus à décrire que 8 à 10 % de toutes les espèces de champignons. Il reste donc beaucoup à explorer, à étudier et à comprendre [1]. Les champignons peuvent avoir des apparences, des tailles et des couleurs différentes, selon l’endroit où ils poussent. Lorsque nous les observons au microscope, nous pouvons voir leurs structures en détail, comme dans la Figure 1. La quantité de détails dépend du type de microscopie que nous utilisons (voir Encadré 1).

Vous pouvez constater une augmentation du niveau de détail de la stéréomicroscopie (Figure 1C), à la microscopie optique (Figure 1D), puis à la microscopie électronique à balayage (MEB) (Figure 1E).

Les champignons se sont adaptés à chaque endroit où ils vivent. L’une de ces adaptations est leur capacité à créer plusieurs substances chimiques, appelées métabolites. Les champignons utilisent leurs métabolites comme armes contre les bactéries ou même d’autres champignons. L’homme peut également utiliser certains de ces métabolites comme antibiotiques pour combattre les infections causées par des bactéries, ou même les utiliser pour combattre le cancer [1].

Pourquoi avons-nous besoin de champignons pour nous aider à combattre les infections ?

Les médicaments sont de moins en moins efficaces contre les microbes pathogènes. Il s’agit d’un problème mondial préoccupant, qui entraîne des maladies difficiles à traiter et des microbes difficiles à éliminer. Lorsqu’ils sont exposés à des médicaments, les microbes peuvent s’adapter. Ensuite, s’ils développent la capacité de survivre, ils se transforment en superbactéries, avec la capacité de résistance antimicrobienne. Nous avons d’urgence besoin d’alternatives à nos médicaments actuels. Les nanoparticules métalliques (NPM) font partie de la vague actuelle d’exploration de ces alternatives. Il s’agit de particules métalliques extrêmement fines qui peuvent être en argent, en or ou en cuivre.

Les scientifiques ont découvert que les champignons peuvent être utilisés pour produire des NPM. La production de NPM par des champignons est durable, ce qui signifie que de grandes quantités peuvent être produites plus rapidement et à moindre coût que d’autres méthodes de production, et elle ne produit pas de déchets chimiques dangereux. Les types de champignons les plus utiles pour la production de NPM sont les moisissures. Les moisissures, également appelées champignons filamenteux, sont différentes des champignons. Elles forment des filaments ou des mycéliums (Figure 1C). Les moisissures sont des organismes très robustes qui peuvent accumuler les métaux du milieu environnant. Cela en fait des producteurs idéaux de NPM.

Comment les nanoparticules métalliques sont-elles produites ?

Les NPM peuvent être fabriquées à partir de différents métaux, dont le cuivre, le cobalt, le palladium, le sélénium, le platine et le plomb. Mais les NPM les plus étudiées et utilisées sont les nanoparticules d’argent (AgNP) et les nanoparticules d’or (AuNP). Il a été démontré que les AgNP et les AuNP ont une activité antimicrobienne, ce qui signifie qu’elles peuvent tuer ou empêcher la croissance de nombreux microbes. Cette activité n’est pas totalement comprise. Cependant, nous savons que certains ions métalliques libérés par les NPM (AgNP, Figure 2E) peuvent inhiber la croissance bactérienne et fongique [2]. Nous savons également que les AgNP et les AuNP agissent en endommageant les membranes cellulaires des microbes. L’activité antimicrobienne des nanoparticules peut être affectée par leur surface, leur composition et leur quantité. Les NPM ont également des effets différents selon le type de microbes contre lesquels elles sont utilisées [3].

Les NPM peuvent être fabriquées par plusieurs procédés différents. Ces processus peuvent être physiques, chimiques ou biologiques [4]. La synthèse chimique utilise des produits chimiques potentiellement dangereux et génère des déchets toxiques.

Ces déchets, s’ils sont rejetés dans l’environnement, affecteront l’écosystème. La synthèse physique utilise des méthodes mécaniques (comme le concassage) pour transformer des morceaux de métal de grande taille en particules de taille nanométrique [4]. La synthèse biologique des NPM, c’est-à-dire leur formation à l’aide d’organismes vivants (en l’occurrence des champignons), est souvent la méthode privilégiée. Elle est considérée comme une technique plus respectueuse de l’environnement que les autres. Les NPM qui en résultent sont plus compatibles avec les tissus vivants et moins toxiques pour les analyses médicales. De plus, de nombreux microbes, y compris les champignons, peuvent servir de nano-usines écologiques de NPM [3].

La synthèse biologique des NPM à l’aide de champignons est un processus relativement simple. En effet, les champignons sécrètent de grandes quantités de métabolites qui peuvent être utilisés pour produire des NPM. Par exemple, pour produire des AgNP à partir de champignons filamenteux (Figure 2), les champignons doivent d’abord être cultivés dans un milieu de croissance approprié (un milieu où le champignon se développe mieux et qui peut être différent pour chaque espèce de champignon), qui est comme un bouillon. Après un certain temps de croissance, les cellules fongiques sont retirées du bouillon et mises dans l’eau, où elles libèrent des métabolites. Les cellules fongiques sont ensuite retirées et l’eau contenant les métabolites est conservée. Cette solution, exempte de champignons, est appelée le surnageant. Le surnageant est utilisé pour former des NPM par un processus biologique qui se produit lorsque certains produits chimiques sont ajoutés au surnageant. La formation de NPM est perceptible par le changement de couleur du jaune au brun, mais elle peut ensuite être analysée par plusieurs techniques complexes, comme la microscopie électronique, pour s’assurer que des NPM ont été produites (Figure 2E) [3].

Pour la formation des AgNP, le produit chimique ajouté au surnageant est le nitrate d’argent. Le surnageant jaune obtenu à partir du champignon Penicillium sp. devient brun après 4 jours d’incubation avec du nitrate d’argent, ce qui donne des AgNP.

Autres utilisations des NPM

Comme nous l’avons indiqué, les NPM peuvent être utilisées pour combattre les infections causées par des bactéries, des champignons ou des virus. Mais elles peuvent également être utilisées pour détecter les infections dans le cadre de tests médicaux, ou dans l’emballage des aliments, afin d’éviter que les microbes ne contaminent les aliments. Elles peuvent être ajoutées aux matériaux utilisés pour la fabrication des équipements médicaux, empêchant ainsi les microbes de s’y fixer. Cela pourrait aider à prévenir les infections, par exemple lors d’opérations chirurgicales. Les NPM sous forme de pommades, de crèmes topiques ou de solutions peuvent être appliquées directement sur les plaies. Les NPM peuvent être mélangées à d’autres matériaux ou produits chimiques, comme composant d’autres médicaments antimicrobiens, ou peuvent même être utilisées comme véhicule pour délivrer d’autres composés, en les transportant vers des cellules cibles spécifiques. Les NPM peuvent également avoir une activité anticancéreuse. Elles peuvent être utilisées comme ingrédient dans les cosmétiques, ou utilisées dans les batteries et les textiles.

Elles ont des applications dans des industries très différentes, dans les secteurs médicaux et pharmaceutiques, l’agriculture et l’industrie alimentaire, dans les industries de l’énergie et de l’automobile, ainsi que dans de nombreux domaines de biotechnologie [2, 4].

Conclusion

Les champignons filamenteux (ou moisissures) sont faciles à manipuler en laboratoire, simples à cultiver, capables de former de grandes quantités de cellules, à des coûts relativement faibles. Cela en fait des organismes idéaux pour les processus biologiques, tels que la production de NPM.

Comme vous l’avez appris, il existe de nombreuses utilisations des NPM dans le combat contre un large éventail d’infections. Mais il y a encore beaucoup à explorer. Avec la découverte de nouvelles espèces de champignons filamenteux, nous pourrions être en mesure de développer des processus biologiques meilleurs et plus efficaces afin de produire des NPM avec une activité antimicrobienne plus élevée contre les microbes infectieux. Ces NPM pourraient contribuer à la lutte contre les superbactéries.

Glossaire

Métabolites: ↑ Substances chimiques libérées lors du métabolisme actif d’un microbe, dans notre cas des champignons. Certains types de métabolites sont des médicaments, comme les antibiotiques, ainsi que des pigments utilisés pour la coloration des aliments.

Antibiotique: ↑ Substance utilisée pour traiter ou prévenir les infections causées par des bactéries.

Résistance antimicrobienne: ↑ Capacité de certains microbes à résister à l’exposition de médicaments destinés à les tuer, et à continuer à se développer.

Nanoparticules métalliques: ↑ Très petites particules de métal, dont la taille varie de 1 à 100 nm. Beaucoup plus petits que la plupart des microbes.

Champignons filamenteux: ↑ Des champignons qui forment des filaments appelés mycéliums.

Synthèse biologique: ↑ Production ou formation de composés à partir d’éléments plus simples, par l’intermédiaire d’êtres vivants ou de substances organiques provenant d’organismes. Dans notre cas, la synthèse biologique des NPM est favorisée par les champignons.

Surnageant: ↑ Solution liquide qui reste après l’élimination de toutes les substances solides.

Conflit d’intérêts

Les auteurs déclarent que les travaux de recherche ont été menés en l’absence de toute relation commerciale ou financière pouvant être interprétée comme un potentiel conflit d’intérêts.

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