Les « vaccins » végétaux pourraient nous sauver d’un monde sans fruits

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Article original datant du 15/04/21

Les chercheurs élaborent des solutions non conventionnelles pour lutter contre les maladies des arbres qui nuisent à des aliments très appréciés comme les oranges et le chocolat. Parmi celles-ci figure une thérapie potentielle à base d’ARN, similaire à certains vaccins COVID-19.

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Un avenir où le chocolat, le vin et les oranges ne peuvent être achetés que par les riches semble certainement dystopique. Mais cela pourrait être une réalité si certaines de nos cultures préférées succombent à des maladies végétales – une réalité qui prend déjà forme dans certaines parties du monde. Pour s’attaquer à ce problème, Anne Elizabeth Simon, virologue à l’université du Maryland, tente de créer ce qu’elle appelle un « vaccin » pour les cultures qui pourrait protéger notre approvisionnement alimentaire.

À l’instar de l’approche actuelle de la pandémie de COVID-19, les chercheurs traitent depuis longtemps la propagation des agents pathogènes parmi les plantes en mettant en quarantaine la flore infectée pour épargner les plantes environnantes. Et, selon le type de maladie, les plantes peuvent également recevoir des pesticides ou des pulvérisations d’antibiotiques.

Mais pour offrir une protection plus fiable, Simon fait partie d’une équipe qui met au point une solution de type vaccin, efficace et relativement rapide à déployer pour prévenir – voire guérir – les maladies des plantes.

Cette solution potentielle n’arrivera jamais assez vite. Actuellement, le monde est aux prises avec des périls croissants pour des secteurs agricoles vitaux. En Europe, une maladie appelée syndrome de déclin rapide de l’olivier menace la précieuse industrie italienne. Le cacao cultivé en Afrique de l’Ouest, qui fournit environ 70 % du chocolat mondial, est confronté au virus débilitant des pousses gonflées du cacao (CSSV). Quant aux précieux raisins de la Napa Valley, ils sont désormais confrontés au virus de la tache rouge de la vigne.

La plupart de ces maladies n’ont pas de traitement simple et nécessitent plusieurs stratégies coûteuses et longues pour les atténuer une fois qu’elles se sont propagées. Elles peuvent également être difficiles à détecter car, dans certains cas, plusieurs années s’écoulent avant l’apparition des symptômes.

Bien sûr, les pandémies végétales ne sont pas un défi nouveau. Dans la première moitié du XXe siècle, par exemple, une maladie causée par un champignon a tué plus de 3 milliards de châtaigniers américains. Mais dans l’ensemble, le changement climatique, l’intensification des voyages à travers le monde et la négligence des gouvernements et de l’industrie se sont combinés pour créer une tempête pathogène parfaite qui met en danger notre approvisionnement alimentaire. « Le temps est venu de faire savoir aux gens que d’autres pandémies sont en cours », déclare M. Simon. « Il y en a plusieurs qui se produisent avec les arbres, et cela va conduire à un monde très différent ».

Pourquoi les anciennes solutions ne suffisent plus

Les outils facilement disponibles ne permettent pas toujours d’enrayer l’invasion des agents pathogènes, comme l’a prouvé l’essor rapide du secteur des agrumes en Floride, même si certains affirment que les autorités de réglementation et les producteurs ont aggravé la situation en n’agissant pas assez rapidement.

Les agrumes ont déjà été confrontés à de nombreux agents pathogènes au cours des derniers siècles, notamment l’épidémie de pourriture des racines des années 1800 et le virus de la tristeza des agrumes apparu dans les années 1930. Le plus dévastateur d’entre eux, le huanglongbing (HLB) – aussi appelé communément le greening des agrumes – est originaire de Chine et a fait des ravages au cours des deux dernières décennies.

Kiran Gadhave, chercheur scientifique, examine les symptômes de la maladie des nervures jaunes des agrumes dans une expérience sur le terrain à l’Université de Californie, Riverside

Entre 2013 et 2018, la région chinoise la plus productrice d’agrumes a perdu plus de la moitié de ses superficies à cause du HLB. En 2018, le HLB avait provoqué une baisse de 83 % de la production d’agrumes en Floride depuis 2003.

Les changements de températures et de taux d’humidité ont également compliqué la bataille. Ils peuvent avoir un impact sur l’immunité des plantes et la force des pathogènes, pour le meilleur ou pour le pire, car les vecteurs se développent dans des conditions spécifiques. Ainsi, les maladies se propagent dans des zones qui ne leur convenaient pas auparavant ; par exemple, l’insecte qui transporte le HLB va probablement se répandre au nord de la Floride lorsque les États se réchaufferont à son goût.

En raison de ces difficultés croissantes, certains producteurs se sont tournés vers d’autres produits ou ont complètement changé de cap. Certaines petites exploitations du Brésil et du Mexique touchées par le greening des agrumes ont déjà envisagé de cultiver la canne à sucre pour compenser les pertes économiques. Les exploitations de Floride ont également opté pour d’autres solutions, en plantant des cultures comme les mini-citrouilles et les avocats pour tenter de compenser les pertes de revenus.

Où les « vaccins » contre les arbres entrent en jeu

Simon a rejoint la lutte contre les agents pathogènes des plantes par hasard : Alors qu’elle étudiait les virus à ARN des plantes dans son laboratoire, elle est tombée sur un échantillon surprenant dans une base de données de séquences génétiques qui contredisait ses 30 années de recherche.

Il s’agissait d’un nouveau type d’ARN de type viral qu’elle a nommé ARNi. Cette découverte a choqué Simon car l’ARNi est dépourvu de certains gènes que l’on trouve dans tous les virus végétaux normaux, mais il peut néanmoins se déplacer entre les cellules dans les veines d’une plante en s’attachant à des protéines de mouvement générées par la plante.

En modifiant l’ARNi pour qu’il transporte de minuscules fragments de virus, il peut inciter les enzymes de la plante à découper le virus dangereux en petits morceaux, sans endommager la plante. « Cela peut être un véhicule, pas seulement pour un type d’arbre, mais pour plusieurs », dit Simon. « Tout cela grâce à cette propriété très inhabituelle et jamais vue auparavant ».

L’échantillon d’ARNi a été découvert pour la première fois par des chercheurs de l’Université de Californie, à Riverside, dans les années 1950, lorsqu’il est apparu dans des tilleuls. Ils ont découvert que l’ARNi pouvait infecter de nombreuses espèces d’agrumes avec des symptômes très légers, voire nuls. Pourtant, ses propriétés d’éradication des maladies n’ont été découvertes que récemment, lorsque Simon a identifié les gènes manquants qui lui permettent de se déplacer dans les veines des plantes.

« Cela pourrait devenir l’un des outils importants dans la ceinture de l’industrie et des agriculteurs pour maintenir les agrumes en vie », déclare Georgios Vidalakis, phytopathologiste à l’Université de Californie, Riverside, et directeur du programme de protection clonale des agrumes. « Cela semble très prometteur. Pourtant, il y a beaucoup de travail à faire ».

Désireux de faire avancer les choses, Simon a fondé en 2019 une société appelée Silvec Biologics et travaille à la mise au point d’un traitement préventif en une seule étape, semblable à un vaccin, qui incite les arbres à éradiquer non seulement les virus à l’origine des maladies, mais aussi les champignons et les bactéries – un peu comme les vaccins à ARNm obligent notre système immunitaire à fabriquer des anticorps contre le COVID-19.

Depuis octobre 2020, Silvec mène des essais avec le programme de protection clonale des agrumes de l’UC Riverside pour tester les vaccins à ARNi sur les agrumes. Les chercheurs peuvent personnaliser le traitement pour tendre une embuscade à différents agents pathogènes en fonction de leurs séquences génétiques. Cela a permis à l’équipe de Simon de commencer à travailler sur les virus de la vigne et les bactéries ciblant les pommiers, et ils ont également commencé à expérimenter la protection des cacaoyers contre le CSSV.

Le fait que les arbres contenant l’échantillon original d’ARNi soient restés en vie pendant plus de 70 ans suggère, selon Simon, que le vaccin pourrait éventuellement offrir une protection à vie contre plusieurs agents pathogènes lorsqu’il est administré à des arbres nouvellement plantés – un peu comme si les enfants recevaient une série de vaccins standard. Ce qui est moins clair, cependant, c’est si les arbres fortement dégradés qui ont été infectés pendant plusieurs années peuvent encore bénéficier du traitement.

Simon espère que la thérapie par ARNi pourra sauver les arbres infectés qui ne présentent pas encore de symptômes de la maladie. Cela semble moins probable pour ceux dont les racines sont désintégrées par la maladie, comme un nombre croissant d’agrumes de Floride. Même si le vaccin fonctionnait dans ces cas, dit-elle, les arbres seraient trop faibles pour se rétablir.

Comment la science peut aider les plantes en difficulté

L’équipe de Simon n’est pas la seule à développer de nouvelles techniques pour lutter contre les maladies dévastatrices des plantes. Certains chercheurs ont, par exemple, adapté des technologies relativement nouvelles pour s’attaquer à ces menaces. Ces dernières années, les scientifiques ont proposé des techniques d’édition du génome comme CRISPR à cette fin. En manipulant des portions spécifiques de l’ADN des plantes, elles pourraient permettre aux sélectionneurs et aux chercheurs de travailler avec plus de précision lors de la conception de variétés résistantes aux maladies.

Et comme traitement plus sûr et plus efficace du greening des agrumes, Hailing Jin, généticienne à l’UC Riverside, a mis au point un peptide antimicrobien qui peut être injecté ou pulvérisé à la place des antibiotiques ou des pesticides. Jin et ses collègues ont isolé le peptide à partir d’un type de limes australiennes tolérant le greening, ce qui en fait un produit végétal naturel. Autre solution naturelle, Vidalakis a travaillé sur un engrais liquide fabriqué à partir de déchets alimentaires fermentés. Il contient des bactéries utiles qui peuvent renforcer la résistance des cultures aux agents pathogènes.

En fin de compte, il faudra probablement une combinaison d’approches pour que notre système alimentaire résiste aux maladies actuelles et émergentes – tout comme nous avons combiné le masquage et la distanciation sociale, ainsi que divers traitements et vaccins pour lutter contre le COVID-19.

Pourtant, si les scientifiques, les gouvernements et les cultivateurs n’unissent pas leurs forces assez rapidement, il est possible que certains coûts de production alimentaire s’envolent et se répercutent sur les prix à la consommation. Le prix de l’orange par boîte en Floride, par exemple, a augmenté de plus de 90 % entre 2003 et 2018 (après ajustement en fonction de l’inflation). C’est pourquoi Simon dit que les épidémies végétales nécessitent une sorte de projet Manhattan, où les scientifiques peuvent rassembler leurs esprits et offrir leur expertise individuelle. M. Vidalakis est d’accord. « L’horloge tourne et nous n’aurons pas des décennies à consacrer à cette question », dit-il. « Il faut que cela se fasse rapidement ».

How Plant 'Vaccines' Could Save Us From a World Without Fruit
Researchers are formulating unconventional solutions for tree diseases that harm beloved foods like oranges and chocolate. These include a potential RNA therapy, similar to certain COVID-19 vaccines.