Disruption of Oxaloacetate Acetylhydrolase Impairs Lignocellulose Utilization but Enhances Mycelial Material Properties in Perenniporia fraxinea

Dans les recoins calmes et humides d'une forêt, une bataille silencieuse pour les ressources se joue sous le sol et au sein du bois en décomposition. Les champignons sont les grands recycleurs du monde naturel, décomposant les fibres végétales coriaces que la plupart des autres organismes ne peuvent toucher. Pour ce faire, ils sécrètent un cocktail de substances chimiques, incluant un acide simple mais puissant appelé acide oxalique. Cet acide agit comme une clé chimique, dissolvant les minéraux durs dans le sol pour que le champignon puisse s'en nourrir, et il abaisse également le pH de l'environnement pour aider les propres enzymes du champignon à travailler plus rapidement pour déchiqueter le bois. Cependant, cet acide même possède une nature à double tranchant. Bien qu'il aide le champignon à manger et à croître, un excès de celui-ci peut affaiblir la structure même que le champignon construit pour lui-même, transformant un matériau robuste en quelque chose de fragile et sujet à la rupture. Les scientifiques se sont longtemps demandé s'ils pourraient ajuster cet équilibre chimique pour créer de meilleurs matériaux à partir de champignons, mais cela nécessitait un moyen précis de réduire l'acide sans tuer l'organisme.

Des chercheurs de l'Université nationale de Gyeongsang et de l'Université de Chosun en Corée du Sud ont décidé de tester cette idée en utilisant un type spécifique de champignon de la pourriture blanche appelé Perenniporia fraxinea. Ce champignon est connu pour former des consoles ligneuses robustes sur les arbres, ce qui en fait un candidat intéressant pour la création de matériaux de construction durables. L'équipe s'est concentrée sur un gène spécifique qui agit comme une usine produisant l'acide oxalique. En utilisant un outil moderne d'édition génétique qui fonctionne comme des ciseaux moléculaires, ils ont perturbé ce gène pour voir ce qui se passerait. Ils n'ont pas simplement supprimé le gène entièrement ; ils ont plutôt brisé les instructions pour que le champignon ne puisse plus produire l'enzyme responsable de la majeure partie de sa production d'acide. Le but était d'observer comment le champignon réagirait lorsque sa principale méthode d'acidification de son environnement serait entravée, et si ce changement modifierait la force des tapis qu'il fait croître.

Les résultats ont montré que l'édition génétique avait fonctionné exactement comme prévu, bien que non parfaitement. Le champignon modifié produisait nettement moins d'acide oxalique, passant d'une concentration de 10,5 millimoles par litre pour le champignon normal à 5,1 millimoles par litre pour la version éditée. Parce qu'il y avait moins d'acide, le liquide entourant le champignon est devenu moins acide, le pH passant de 4,8 à 5,4. Ce changement a eu des conséquences immédiates sur la façon dont le champignon interagissait avec sa nourriture. Lorsqu'il a été placé sur un milieu contenant du phosphate de calcium insoluble — une forme de minéral difficile à dissoudre — le champignon édité a eu du mal à croître. Il ne pouvait pas décomposer le minéral pour accéder aux nutriments qu'il contient. De même, lorsqu'il a été placé sur de la sciure de chêne ou un régime composé uniquement de lignine, le composant principal du bois, il a très peu poussé par rapport à la version non éditée. Les chercheurs ont constaté que les enzymes responsables de la digestion du bois étaient moins actives chez le champignon édité, mais cela était largement dû au fait que l'environnement n'était pas assez acide pour qu'elles fonctionnent efficacement. Lorsque les scientifiques ont manuellement abaissé le pH du liquide pour correspondre à l'acidité naturelle, l'activité enzymatique est revenue à la normale, prouvant que le champignon possédait toujours les outils pour digérer le bois, mais qu'il manquait simplement de l'environnement chimique pour les utiliser.

Malgré ces difficultés pour manger et croître sur des substrats coriaces, le champignon édité a produit quelque chose de bien plus impressionnant : un matériau physique beaucoup plus solide. Les chercheurs ont fait croître de grands tapis de champignon, qui sont essentiellement des couvertures épaisses de filaments fongiques, et ont testé leur résistance. Les tapis produits par le champignon édité étaient nettement plus robustes. Ils pouvaient supporter une force de rupture près de trois fois supérieure à celle des tapis produits par le champignon normal. Ils étaient également plus rigides et pouvaient s'étirer davantage avant de rompre. Cette amélioration de la force n'était pas un simple ajustement mineur ; c'était un changement fondamental des propriétés du matériau. Le champignon édité produisait également des tapis légèrement plus lourds et plus épais, avec une couche supérieure de filaments plus robuste. La réduction de l'accumulation d'acide semblait empêcher le matériau de s'affaiblir et de se décolorer, ce qui est un problème courant dans les matériaux à base de champignons.

L'étude a également révélé comment le champignon tentait de compenser la perte de sa principale usine de production d'acide. Le champignon a augmenté l'activité d'autres voies métaboliques, détournant essentiellement sa chimie interne pour continuer à produire un peu d'acide par une autre voie. Cela suggère que le champignon est hautement adaptable et possède des systèmes de secours pour assurer sa survie même lorsque sa méthode primaire est bloquée. Les chercheurs ont noté que la présence de plus de calcium disponible dans l'environnement, qui n'était plus emprisonné par l'acide manquant, aurait pu aider le champignon à construire une paroi cellulaire plus forte et une structure plus robuste. Cette découverte met en lumière un échange fascinant dans la biologie de ces organismes. Le même processus chimique qui aide le champignon à survivre dans la nature en dissolvant les minéraux et en digérant le bois semble affaiblir l'intégrité structurelle du matériau qu'il crée.

En perturbant le gène responsable de la production d'acide oxalique, les chercheurs ont démontré qu'il est possible d'éditer les champignons à des fins spécifiques. Bien que le champignon édité soit moins efficace pour décomposer le bois dans un cadre naturel, il est devenu un constructeur supérieur de matériaux durables. Cela suggère que pour les applications industrielles où l'objectif est de créer des blocs de construction solides et durables plutôt que de décomposer les forêts, la réduction de la production d'acide est une stratégie viable. Ce travail offre une voie claire pour le développement de matériaux fongiques qui soient non seulement écologiques, mais aussi mécaniquement supérieurs, offrant une nouvelle façon de penser à la manière dont nous pouvons exploiter les recycleurs de la nature pour les besoins humains. L'étude confirme que les mécanismes biologiques que les champignons utilisent pour prospérer dans la nature peuvent être modifiés pour répondre aux exigences de la fabrication moderne, transformant une faiblesse naturelle en une force structurelle.