Potential of Endophytic Fungi from Orobanche spp. as Novel Sources of L-Asparaginase, an Enzyme with Anticancer Applications

Dans le monde caché à l'intérieur des plantes saines, de minuscules champignons vivent comme des voisins discrets, partageant l'espace avec leurs hôtes sans causer de tort. Ce sont des endophytes, une communauté diversifiée de micro-organismes qui ont évolué pour produire une vaste gamme d'outils chimiques afin de survivre et de prospérer. Parmi les substances que ces champignons créent figurent les enzymes, qui sont des machines biologiques accélérant des réactions chimiques spécifiques. Une telle enzyme, connue sous le nom de L-asparaginase, est devenue un outil crucial dans la médecine moderne. Elle fonctionne en décomposant un bloc de construction spécifique des protéines appelé L-asparagine. Alors que la plupart des cellules du corps humain peuvent fabriquer leur propre réserve de ce bloc de construction, certaines cellules cancéreuses, particulièrement celles impliquées dans un type de cancer du sang appelé leucémie aiguë lymphoblastique, ne le peuvent pas. Elles dépendent entièrement du vol de celui-ci dans le sang. En introduisant l'enzyme dans le système d'un patient, les médecins peuvent supprimer ce nutriment essentiel, faisant mourir de faim les cellules cancéreuses tout en laissant les cellules saines largement indemnes. Actuellement, l'industrie médicale produit cette enzyme salvatrice principalement à partir de bactéries, mais ces versions bactériennes peuvent parfois déclencher de graves réactions allergiques ou d'autres effets secondaires chez les patients, incitant les scientifiques à rechercher des sources plus douces et plus compatibles.

Une équipe de chercheurs de l'Université de Zanjan, en Iran, a porté son attention sur un hôte inhabituel et souvent négligé de ces voisins microscopiques : la plante de broomrape (orobanche). Contrairement à la plupart des plantes qui poussent dans le sol, le broomrape est un holoparasite, ce qui signifie qu'il n'a ni feuilles ni racines propres et qu'il survit entièrement en s'attachant aux racines d'autres cultures pour leur voler leurs nutriments. En raison de ce mode de vie unique et stressant, les champignons vivant à l'intérieur du broomrape pourraient avoir développé des capacités spéciales pour faire face à leur environnement. Les chercheurs ont collecté des échantillons de plantes de broomrape saines dans des champs agricoles du nord-ouest de l'Iran et les ont soigneusement nettoyés pour éliminer toute saleté ou bactérie de surface. Ils ont ensuite coupé les tiges des plantes en petits morceaux et les ont placées sur une gelée riche en nutriments pour voir si des champignons pousseraient à partir de l'intérieur. À partir de 300 échantillons de plantes, ils ont réussi à isoler des dizaines de différentes souches fongiques, les regroupant finalement en 34 types distincts basés sur leur apparence au microscope.

Pour découvrir quels de ces champignons pouvaient produire l'enzyme anticancéreuse, les scientifiques ont d'abord utilisé un test visuel simple. Ils ont cultivé les champignons sur une plaque spéciale contenant de la L-asparagine et un colorant indicateur de pH. Si un champignon produit l'enzyme, il décompose l'asparagine et libère de l'ammoniac, ce qui transforme la zone environnante du jaune au rose. Environ 20 des 34 types de champignons ont créé ces halos roses, suggérant qu'ils étaient capables de fabriquer l'enzyme. Cependant, les chercheurs savaient qu'un grand cercle rose sur une plaque ne signifie pas toujours qu'une grande quantité d'enzyme est produite. Pour obtenir la véritable mesure, ils ont transféré les candidats les plus prometteurs dans des cultures liquides et ont utilisé une méthode chimique pour compter précisément la quantité d'ammoniac libérée. Les résultats ont montré une large gamme d'activité. Alors que certains champignons produisaient très peu, quatre souches spécifiques se sont distinguées comme étant les plus productives. Parmi elles, un champignon identifié comme Alternaria longipes, spécifiquement une souche nommée SH25, a produit la plus grande quantité d'enzyme, atteignant 5,79 unités par millilitre. C'était nettement plus que les autres performeurs de haut niveau, qui incluaient des espèces comme Macrophomina phaseolina et Aspergillus flavus.

L'équipe s'est ensuite concentrée sur la star de la compétition, l' Alternaria longipes SH25, pour voir si elle pouvait produire encore plus d'enzyme en changeant son environnement. Ils ont testé comment la disponibilité de la nourriture et l'acidité du liquide affectaient la production. Ils ont découvert que le champignon produisait le plus d'enzyme lorsque le liquide était légèrement acide et contenait une concentration spécifique de L-asparagine. Dans ces conditions optimisées, la production d'enzyme est montée à 5,95 unités par millilitre. Les chercheurs ont également vérifié la capacité de l'enzyme à résister à l'exposition à la chaleur, un facteur crucial pour l'utilisation industrielle. Ils ont constaté que l'enzyme restait très stable à des températures modérées, conservant presque toute son activité après avoir été maintenue à 35 degrés Celsius pendant une demi-heure, et conservant encore environ deux tiers de sa puissance après deux heures. Cela suggère que l'enzyme est assez robuste pour être manipulée dans un cadre de fabrication sans se décomposer immédiatement.

L'étude conclut que la plante parasite du broomrape est une source riche, bien que précédemment inexplorée, de champignons capables de produire cette enzyme vitale. La découverte de la souche haute performance d' Alternaria longipes offre une nouvelle alternative potentielle aux sources bactériennes actuellement utilisées en médecine. Alors que les versions bactériennes peuvent provoquer des réactions immunitaires chez certains patients, les enzymes fongiques sont souvent considérées comme étant plus compatibles avec le corps humain, bien que des tests supplémentaires soient nécessaires pour confirmer cet avantage. Les chercheurs ont noté que la taille du halo rose sur les plaques de test initiales n'était pas un prédicteur fiable de la quantité d'enzyme que le champignon produirait réellement dans une culture liquide, soulignant l'importance des mesures chimiques précises par rapport aux suppositions visuelles. En isolant et en identifiant ces champignons à l'aide du séquençage génétique, l'équipe a confirmé leurs identités et a établi un lien clair entre cette espèce fongique spécifique et sa capacité à produire l'enzyme. Ce travail ouvre une nouvelle porte pour la biotechnologie, suggérant que même nos plantes les plus inhabituelles dans nos champs peuvent abriter des alliés microscopiques capables d'aider à combattre les maladies.