Lumière sur les champignons brillants


Bleu, jaune, vert ou orange... Des insectes, vers de terre, poissons, mollusques ou champignons sont capables de vrais feux d’artifice. Ils brillent discrètement dans l’obscurité car, le jour, la lumière est trop intense. Ces phénomènes de biolumines­ cence, documentés la première fois chez les lucioles par les Chinois, il y a plus de 2000 ans,restent pourtant mystérieux. Un de leurs secrets vient cepen­ dant d’être trahi grâce aux tra­ vaux d’une équipe russo­brési­ lienne des universités de Sao Paulo et de l’Institut de chimie bio­organique, à Moscou (Acadé­ mie des sciences de Russie), comme elle l’explique dans Science Advances du 26 avril. « On estime qu’il existe une trentaine de mécanismes de bioluminescence et, jusqu’à nos travaux, seuls sept étaient connus chez des lucioles, des bactéries, des crustacés... Depuis quinze ans, personne n’en avait trouvé de nouveaux », résume Zinaida Kaskova, cher­ cheuse de l’Institut de chimie bio­organique de Moscou. Avec ses collègues menés par Ilia Yampolsky, elle a relancé cette quête en 2014 avec l’identifi­ cation d’une molécule­clé dans un ver de terre de la taïga, Frideri­ cia heliota. Ils viennent d’élucider le mécanisme à l’origine de la couleur verte de certains champignons – 80 espèces sont connues pour briller –, portant donc à neuf le nombre de méca­ nismes connus. Le couple luciférine/luciférase « C’est un joli travail, car pendant longtemps certains pensaient que cette luminescence était due à des sortes de déchets chimiques. Or ils montrent que c’est la même origine que chez des milliers d’in­ sectes, d’espèces marines ou d’une quarantaine de vers », estime Marcel Koken, biologiste au CNRS et au Laboratoire public conseil, expertise et analyse en Bretagne (Labocea). La bioluminescence est un phé­ nomène chimique dont les princi­ pes ont été mis au jour par le Fran­ çais Raphaël Dubois en 1887. Une petite molécule, génériquement baptisée luciférine, s’associe avec une enzyme, la luciférase. Une réaction avec l’oxygène crée une nouvelle molécule, instable, qui, en se stabilisant, émet un photon. C’est différent de la fluorescence ou de la phosphorescence, pour lesquelles une lumière est absor­ bée par le fluor ou le phosphore, qui, en se désexcitant, émettent une nouvelle longueur d’onde. Pour compliquer le tout, chez certaines méduses, les deux phé­ nomènes sont conjoints. Le cou­ ple luciférase/luciférine produit de la lumière bleue qui excite une protéine, appelée GFP, qui émet ensuite la lumière verte. Cette découverte a été récompensée par le prix Nobel de chimie 2008. Dans les champignons, point de GFP, juste le couple infernal lucifé­ rine/luciférase. Mais leur formule chimique, l’action de l’oxygène et l’origine moléculaire de l’émission de lumière restaient inconnues. C’était d’autant plus irritant que ce genre de champignon avait servi au chimiste irlandais Robert Boyle dès 1667 pour des expériences sur le vide, dans lesquelles l’éclat de ces champignons disparaissait en ôtant l’oxygène. En 2015, l’équipe russo­brési­ lienne avait fait un premier grand pas en identifiant la luciférine du champignon. Là, elle a trouvé la formule chimique de l’oxylucifé­ rine, sa forme oxydée, qui expli­ que l’émission de lumière. Mieux, elle a synthétisé plusieurs analo­ gues de cette molécule, dont cer­ tains émettent des couleurs plus bleues ou plus rouges. A quoi bon s’échiner à com­ prendre les champignons lumi­ neux ? C’est que depuis la décou­ verte de la GFP en 1962, ces petites molécules ont trouvé une utilité pesant plusieurs millions d’euros. Elles servent pour éclai­ rer, au sens propre, le fonctionne­ ment biologique des organismes. Attachées aux protéines qu’on cherche à étudier, puis éclairées par un flash bleu, les GFP se met­ tent à briller, permettant sous le microscope de voir ce qui se passe à l’échelle moléculaire dans les cellules. Idem pour les cou­ ples luciférine/luciférase, qui brillent sans ajouter de lumière. « Si on veut être plus efficace ou si on veut regarder plusieurs phéno­ mènes en même temps, il faut trouver de nouvelles molécules et pour cela il faut comprendre celles qui existent dans la nature », expli­que Zinaida Kaskova. Des plantes luminescentes ? L’un des Graal est notamment de forcer les molécules à émettre de la lumière rouge, voire infra­ rouge. Celle­ci serait en effet visi­ ble à travers les tissus vivants, permettant de prendre des ima­ ges in vivo. Dans le cas du cham­ pignon, reste à trouver, pour pas­ ser à des applications, la struc­ ture de la luciférase et les gènes codant cette protéine. Les cher­ cheurs assurent qu’une publica­ tion est en cours, tout comme des dépôts de brevets. Autre application, beaucoup plus spéculative et controversée : illuminer les villes ou les bâti­ ments grâce à la bioluminescence. Une start­up française, Glowee, le propose pour des affichages grâce à des bactéries modifiées trouvées chez des calamars. Mais d’autres rêvent plutôt d’utiliser les plantes, dont aucune, sauf certaines algues, n’est luminescente. L’avan­ tage est qu’un végétal est plus sim­ ple à gérer que des bactéries. L’inconvénient est qu’il faudrait modifier génétiquement ces plan­ tes pour qu’elles fabriquent de la luciférase, ce qui pourrait susciter des critiques. Ilia Yampolsky envi­ sage néanmoins la création d’une start­up sur ce marché. Un mystère persiste néanmoins. Pourquoi ces champignons brillent­ils ? Pour les organismes marins, la réponse est connue : impressionner des prédateurs, attirer des proies, reconnaître un partenaire sexuel... Pour les champignons, « certains ont évo­ qué que cela attire les mouches qui dispersent ensuite les spores. Mais d’autres travaux ne l’ont pas confirmé », explique Marcel Koken, qui entend bien détermi­ ner pourquoi un ver de terre récemment redécouvert brille lui aussi.

david larousserie

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