Microbiologie agricole

1988/08/01 Gonzalez, Edorta Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Mikrobiologia
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Les bactéries du genre Rhizobium infectant la racine du trèfle.

Aujourd'hui, après la Révolution verte, si importante dans le tiers monde, la Révolution biotechnologique nous a rapprochés. Cela relie les capacités biochimiques et génétiques des organismes vivants à des objectifs pratiques d'intérêt pour l'être humain. Les techniques de biotechnologie dans l'agriculture peuvent être classées en deux catégories : la production primaire (d'une part, en ce qui concerne l'amélioration des plantes et la fixation d'azote) et la biotransformation des déchets (en termes de production d'énergie et d'aliments).

Ces nouvelles techniques ont apporté des récoltes suffisantes. A titre d'exemple, au cours des trente dernières années, le rendement du maïs a été multiplié par cinq et dans le cas du riz, 60.000 variétés ont été obtenues. Ces procédures sont de trois niveaux: fitologiques, génétiques et microbiologiques. Souvent, ces zones sont étroitement liées. Cependant, pour notre part, nous ne vous publierons que la microbiologie agricole.

Les scientifiques, après leurs expériences, observent souvent que les bactéries qui répondent biologiquement au laboratoire n'agissent pas de la même manière dans les champs de culture, car la production de plantes associées à ces micro-organismes est très faible. L'agriculture nous offre donc de nombreux exemples de différences entre ce qui se passe dans les cuves de fermentation et dans les champs de culture. Les biologistes doivent noter que la cuve de fermentation est un moyen très concret. Toutes les variables physiques, chimiques et biologiques sont contrôlées. En outre, il ya seulement une sorte de micro-organisme. Si nous voulons l'appliquer à l'agriculture, nous devons analyser l'interaction entre les micro-organismes et les relations avec la biosphère.

Fixation d'azote

Nous allons voir les applications engagées. Par exemple, la microbiologie agricole pourrait résoudre un problème intéressant : la fixation de l'azote. Dans de nombreux villages, des études approfondies ont été lancées afin que les plantes, elles-mêmes, puissent correctement implanter l'azote atmosphérique. Nous savons que les Baserritarras doivent verser des engrais azotés pour que les plantes prennent de l'azote, avec les coûts économiques et les conséquences écologiques que cela entraîne. La meilleure solution, comme mentionné ci-dessus, serait de fixer l'azote de l'air, à savoir prendre cet élément de manière biologiquement utile. Pour comprendre le processus, voyons d'abord le cycle de l'azote :

Le cycle de l'azote maintient l'équilibre entre les deux grandes sources de composés azotés, l'atmosphère et l'écorce terrestre. Les plantes vertes ne peuvent utiliser de l'azote que lorsque cet élément est à l'intérieur de composés chimiques tels que l'ammoniac (NH 3). C'est pourquoi ils ne peuvent pas retirer l'azote directement de l'atmosphère. En fait, dans l'atmosphère se trouve sous forme de molécule diatomique (N 2). Tout cela permet à l'azote de se fixer industriellement par des processus bactériologiques ou naturels (par exemple, des tempêtes avec beaucoup de foudre). Les plantes ont besoin de peu d'azote, mais en permanence, car la terre perd de l'azote en drainant et en récoltant. En outre, nous ne devons pas oublier une autre perte d'azote, causée par des bactéries dénitrifiantes.

Les bactéries du genre Rhizobium infectent les racines de certaines plantes légumineuses, mais ce n'est pas du tout un processus pathogène. La plante, quant à elle, entretient une relation symbiotique avec le micro-organisme : la plante apporte des nutriments à la bactérie et ce dernier azote (sous forme de NH 3) au végétal. Entré dans les racines du légumineux Rhizobium, il génère des bosses spectaculaires, appelées nodules.

Voyons l'infection d'un radiculaire:

Dans l'infection les bactéries adhèrent aux cheveux de racine. Plantes et micro-organismes sont connus par des protéines spécifiques. Peu de temps après, ils se mettent dans la motte et se dirigent vers une cellule de la racine. L'infection provoque une inflammation et une séparation cellulaire. La conséquence est la formation du nodule. Il contient un groupe dense de cellules infectées par des bactéries symbiotes.

Le Rhizobium fut isolé en 1888 et, quinze ans plus tard, inoculé dans les champs de culture, augmentant considérablement la production agricole. Actuellement, les différents retours de cette espèce sont emballés avec la tourbe concassée pour leur dispersion sur les terrains. L'azote est indispensable dans le métabolisme des plantes. Comme nous le savons, il participe à de nombreux composés biologiques. Par exemple, les unités de protéines, les acides aminés, ont besoin d'azote pour construire des liaisons peptidiques entre elles. Lorsque la plante meurt, les acides aminés sont dégradés et apparaissent sous forme d'ammoniac ou d'ion nitrate (NO 3 –). Par la suite, les bactéries dénitrifiantes transforment les nitrates en azote moléculaire (N 2), qui est retourné dans l'atmosphère. Ainsi se ferme le cycle de l'azote.

La récolte, les bactéries dénitrifiantes et le nettoyage du sol par la pluie entraînent une perte d'azote. Cet azote perdu ou, mieux, retourné au sol si l'on souhaite que les plantes de la récolte suivante synthétisent les protéines nécessaires à leur développement.

La fixation de l'azote n'est pas exclusive au genre Rhizobium. Nous avons d'autres exemples: L'actinomicete Frankia alni, un champignon, fait de même avec l'aulne dans ses relations de symbiose. Ainsi, dans les bois on peut alterner culte avec le sapin et le peuplier Douglas. D'autre part, certaines bactéries ne fixent que l'azote, c'est-à-dire sans être en symbiose avec les plantes.

Les recherches sont menées dans le but d'affiner Azotobacter vinelandii sur les racines du maïs. En outre, en utilisant le génie génétique ont été faites passer quelques gènes de Rhizobium à A. vinelandiite. De cette façon, le dernier micro-organisme adhère aux racines du trèfle. La même technique génétique vise à affiner les racines du maïs A. vinelandii, mais cette union avec le maïs qui pousse aux États-Unis est pour le moment impossible. L'objectif des études avancées serait d'introduire les gènes fixateurs d'azote dans les cultures. Cependant, cela est considéré comme très compliqué.

Des biologistes de l'Université de Californie, à Berkeley, découvrent que l'ajout de la bactérie Pseudomonas mise à la betterave sucrière ou aux pommes de terre augmente le rendement de ces plantes. Il semble que le micro-organisme sécrète plusieurs composés chimiques et ces substances se combinent avec le fer terrestre. Les champignons et les bactéries pathogènes ne peuvent pas assimiler cette nouvelle forme de fer. Par conséquent, les micro-organismes pathogènes ne peuvent pas attaquer la plante.

Les bactéries du genre Rhizobium infectent les radicaux.

Génétique microbienne agricole

Au centre de ce problème se trouve l'acide désoxyribonucléique (ADN). En d'autres termes, il conduit codifiés les ordres génétiques qui guideront le comportement des cellules et, par conséquent, le comportement des plantes, des animaux ou des microbes. Cette molécule d'ADN inachevée peut être divisée en parties — dans les gènes — dont dépendent les caractéristiques spécifiques. Le produit résultant de la combinaison artificielle de fragments d'ADN provenant de différents organismes est appelé ADN recombinant.

Les manipulations génétiques sont l'avancée majeure de la biotechnologie au cours des dix dernières années : l'utilisation de microbes et d'autres organismes unicellulaires. À partir d'eux, un certain nombre de médicaments et de substances utiles ont été obtenus et une impulsion a été donnée aux processus industriels.

Une autre stratégie génétique est souvent utilisée en microbiologie agricole : introduire un gène de la plante dans la bactérie. Pour cela, nous coupons le gène qui nous intéresse avec différentes enzymes (endonucléases de restriction) et l'introduisons ensuite dans la bactérie à travers un plasma – une partie de l'ADN qui est en dehors du chromosome bactérien – ou d'un virus. Ainsi, dans beaucoup de laboratoires les gènes végétaux sont entrés dans l'Escherichia coli. Cela ne signifie pas que la bactérie produit les protéines correspondant à ce gène. Ces mécanismes génétiques ne sont pas tout à fait clairs. Si cela était déjà réalisé, les protéines végétales seraient obtenues en cultivant des bactéries dans des cuves de fermentation.

Le transfert de gènes d'un micro-organisme à une plante est l'une des méthodes les plus fines utilisées par la microbiologie pour aider l'agriculture. En utilisant l'ADN recombinant, le champ des gènes végétaux est certainement beaucoup plus retardé que celui des gènes animaux. Cependant, l'introduction de gènes étrangers a les mêmes bases, bien que la cellule originale soit animale, végétale ou bactérienne. Plusieurs études ont été menées dans la zone d'introduction des gènes dans les cellules végétales.

Par exemple, Agrobacterium tumefaciens infecte la plupart des plantes dicotilédotiques. Ce microbe porte un plasmide. Cela génère des tumeurs dans ces plantes. Ce mécanisme d'agitation est appelé colonisation génétique. Dans ce processus, un morceau d'ADN plasmidique (ADN-T) rejoint l'ADN de la cellule végétale. Ainsi, le plasmide pourrait être utilisé comme vecteur (porteur) d'introduction d'ADN étrange dans les cellules végétales, comme on peut le voir dans la figure 4.

Nous avons coupé le plasmide à un point dans l'ADN-T en laissant un trou. Cela le remplira le gène étrange. Puis ADN-T est répété au moment de la division des cellules tumorales et les cellules tumorales que nous avons dans une culture des tissus porteront ADN-T. Dans certains cas, toute la plante sera régénérée à partir de cellules tumorales cultivées. En conséquence de ce processus est maintenu dans les chromosomes de la plante régénérée par ADN-T. De plus, le nouveau gène qui se trouve à l'intérieur de l'ADN-T passera au balaunada végétal suivant avec un gène dominant.

"Dans ce laboratoire de Kuala-Lumpur (Malaisie), des biotechnologues malaisiens, dans un programme d'obtention de palmiers à huile de meilleure qualité, s'occupent de la culture in vitro".

La conclusion la plus remarquable de tout cela serait: Les gènes étrangers générés à l'intérieur de l'ADN-T seraient transmis à la descendance pour obtenir de nouvelles variétés végétales. Certains scientifiques travaillant à l'Institut Max Planck d'Amélioration Végétale de Cologne ont vérifié tout ce qui a été exposé précédemment dans le cas du gène qui codifie la plante du tabac et l'enzyme opine synthétiquement.

Un groupe de chercheurs de l'Université Sussex a également obtenu un nouveau transfert génétique. À cette occasion, les gènes responsables de la fixation de l'azote dans la bactérie Klebsiella neumoniae ont été introduits dans un plasma d'E. coli et ensuite introduits dans une levure. C'est une avancée scientifique majeure. En fait, les levures sont eucariotes, de sorte qu'ils sont plus proches phylogénétiquement (en degré de parenté) des plantes.

Un autre troisième type de recherche est la constatation de chercheurs de l'Université de Californie, à Berkeley, que si la glace affecte tant les plantes de fraises, c'est parce que les bactéries qui attirent et fixent les cristaux de glace vivent sur les feuilles. Ce phénomène est dû à une protéine de ces microbes, et les biologistes californiens ont pu retirer le gène qui le produit, et grâce à cela ils attendent que les plantes de fraises, traitées avec cette bactérie anti-glace, et dans l'espoir qu'il se reproduise naturellement, les grands dommages de la glace, finissent dans un délai.

Une autre chose est que les ingénieurs génétiques espèrent améliorer les insecticides biologiques qui pourraient être utilisés au lieu des insecticides chimiques qui polluent habituellement l'environnement, qui pourraient mettre fin aux parasites sans polluer l'environnement. Par exemple, les techniques d'ADN recombinant améliorent les résultats du bacille Bacillus thuringiensis, utilisé depuis des années pour éliminer les espèces nocives. Il met en évidence le cas du ver qui touche les pins du nord de l'Angleterre. Dans d'autres régions, le gypaète parasite est contrôlé par un virus vacuolaire qui infecte les vers.

Maintenant, ce virus est cultivé pour l'étendre dans les pinèdes et renforcer son effet destructeur. Pour le moment, les expériences sont réalisées avec un virus inaltéré, mais qui, en partie de l'ADN sans code génique, porte une marque pour pouvoir analyser sur place sa propagation ou sa résistance. Si tout va bien, le virus sera injecté un gène capable de synthétiser une toxine insecticide. Il ne faut pas dire que ces techniques violent de larges voies d'occlusion contre les insectes nuisibles dans d'autres pays.

Progrès en biotechnologie

Pour connaître la progression de la biotechnologie en matière agraire par rapport à la Révolution verte, le tableau suivant montre les différences entre les deux:

Organismes de recherche en microbiologie agricole

Le fait que la plupart des scientifiques parlent est que les aides à la recherche sont également très rares. Nous savons si ces plaintes sont raisonnables ou non.

En ce qui concerne le cas des Etats-Unis, en 1982 le gouvernement de Reagan a remis au Département de l'Agriculture 691 millions de dollars pour la recherche. Cette année était 5,3% du budget pour la recherche fondamentale et appliquée. Cependant, seule une petite partie de cette quantité a atteint la zone de microbiologie agricole. A titre d'exemple, dans l'étude de base de la fixation d'azote, les mécanismes génétiques d'amélioration végétale, les situations de pression environnementale, la recherche fondamentale des besoins de croissance végétale et d'alimentation humaine n'ont été dépensés que 26 millions de dollars.

La zone de microbiologie a reçu 4,6 millions. Ces chiffres sont, évidemment, très réduits et sont donnés dans le pays le plus avancé. Par conséquent, dans le Tiers-Monde on peut facilement deviner que la situation est beaucoup plus préoccupante et on ne peut pas oublier que dans ces pays pauvres les besoins en matière agraire sont énormes, puisque le fantôme de la faim avance constamment.

Dans le tableau suivant, on peut comparer le nombre de biotechnologues:

De toute évidence, les pays en développement ont un énorme manque d'experts et de biotechnologues. C'est sans aucun doute l'une des meilleures voies de coopération territoriale et internationale en la matière pour déménager dans les pays pauvres et tenir ses promesses. Aussi pour résoudre les problèmes posés par ce problème. Cette collaboration est canalisée par des accords bilatéraux entre entreprises et entités du secteur privé. Au sein de l'UNESCO, par exemple, les institutions et les réunions qui traitent de ces sujets sont:

Unesco

ENTITÉ

1.- MIRCEN: Microbiological Resources Centers. C'est un réseau mondial.

Objectif: collecte, soins et utilisation de scories microbiennes pour le développement national et la coopération internationale.

VIAS

2.- IGAM: Réunions scientifiques sur les effets de la microbiologie appliquée au niveau mondial.

Objectif: Encourager la coopération entre les pays industriels et les pays en développement, promouvoir la recherche et la formation locales.

3.- ORGANISMES ET ORGANISMES NON GOUVERNEMENTAUX DES NATIONS UNIES

4.- COLLABORATION AVEC LES ENTITÉS RÉGIONALES:

Exemple des pays développés, les serres de la société Monsanto.

Source : Céres, FAO/Buttel et al.