Dans les ruines de Tchernobyl, des scientifiques ont découvert un champignon noir qui se nourrit de rayonnements gamma.

Le champignon noir trouvé dans les ruines radioactives de Tchernobyl a été identifié comme étant Cladosporium sphaerospermum, une espèce de moisissure à pigmentation sombre. Sa classification scientifique est la suivante :

• Domaine : Eukaryota – (organismes aux cellules complexes)
• Règne : Fungi – (le règne des champignons)
• Embranchement : Ascomycota – (ascomycètes, caractérisés par des structures produisant des spores)
• Classe : Dothideomycetes – (une classe de champignons principalement associés aux plantes)
• Ordre : Capnodiales – (un ordre qui comprend les fumagines)
• Famille : Davidiellaceae – (une famille au sein des Capnodiales)
• Genre : Cladosporium – (un genre de moisissures communes, souvent de couleur sombre)
• Espèce : Cladosporium sphaerospermum – l’espèce spécifique de champignon noir prospérant à Tchernobyl (Cladosporium sphaerospermum – Wikipédia).

Ce champignon est l’un des nombreux champignons radiotrophes découverts à Tchernobyl, ce qui signifie qu’il peut croître dans des environnements à forte radiation et potentiellement utiliser les radiations comme source d’énergie (Cladosporium sphaerospermum – Wikipédia). D’autres champignons identifiés avec des traits similaires incluent Wangiella (Exophiala) dermatitidis et Cryptococcus neoformans, qui contiennent tous le pigment mélanine dans leurs parois cellulaires.

Cladosporium sphaerospermum est un champignon dématié – il possède des cellules sombrement pigmentées (noires ou brun-olive) en raison d’une teneur élevée en mélanine (Cladosporium sphaerospermum – Wikipédia). Certaines de ses caractéristiques biologiques notables incluent :

• Morphologie : Il se développe sous forme de moisissure avec des hyphes (filaments) septés et ramifiés, à paroi épaisse et de couleur brun olivâtre. Ses colonies ont généralement une texture veloutée et ont tendance à rester plates plutôt que duveteuses. Le champignon se reproduit surtout de façon asexuée en produisant des conidies (spores) en chaînes. Les conidies sont presque sphériques (globuleuses à ellipsoïdes, ~3–4 µm de diamètre) et se forment en chaînes ramifiées. Cette espèce peut produire des conidies spéciales, plus grandes, appelées « ramoconidies aux points de ramification, ce qui aide à la différencier de ses proches parents.
• Conditions de croissance : Fait intéressant, C. sphaerospermum est psychrophile (aime le froid). Il peut croître à des températures allant de -5 °C jusqu’à environ 35 °C, avec une croissance optimale autour de la température ambiante (25 °C). Il est également xérotolérant , ce qui signifie qu’il tolère une faible disponibilité en eau ou des conditions de salinité élevée. Ces traits l’aident à survivre dans des environnements difficiles.
• Radiotolérance : Sa propriété la plus unique est sa capacité à résister et même à prospérer dans des radiations ionisantes intenses. Dans l’environnement extrêmement radioactif de l’intérieur du réacteur de Tchernobyl, ce champignon a non seulement survécu, mais a semblé croître vigoureusement et même orienter sa croissance vers la source de radiation. Ce comportement inhabituel est appelé « radiotropisme », ce qui signifie que le champignon dirige sa croissance vers les radiations, tout comme les plantes poussent vers la lumière. Des tests en laboratoire ont confirmé que de nombreux champignons de Tchernobyl poussaient vers des sources de radiations bêta et gamma puissantes, suggérant que la radiation elle-même agissait comme un attractif ou un stimulus pour la croissance.
• Pigmentation à la mélanine : La couleur sombre provient de la mélanine, un pigment présent dans les parois cellulaires. La mélanine est connue pour protéger les organismes des rayons ultraviolets, mais chez ces champignons, on pense qu’elle joue un rôle encore plus actif dans la capture des radiations de haute énergie. La forte mélanisation est considérée comme un facteur clé de la radiotolérance du champignon et est impliquée dans sa capacité à exploiter les radiations pour sa croissance.

En résumé, le champignon noir de Tchernobyl est une moisissure robuste, riche en mélanine, dotée d’une résistance extrême aux radiations et de l’habitude bizarre de « manger » ou de se déplacer vers des matières radioactives. Ces propriétés le distinguent comme un extrêmophile inhabituel dans le monde fongique.

Comment un champignon peut-il « se nourrir » de rayonnement gamma ? La réponse semble se trouver dans la mélanine, le pigment noir. Des chercheurs suggèrent que ces champignons réalisent un processus baptisé « radiosynthèse », analogue à la photosynthèse, mais utilisant des radiations ionisantes au lieu de la lumière du soleil. Bien que les voies biochimiques exactes soient encore en cours de décryptage, plusieurs études ont mis en lumière le mécanisme :

• rôle de la mélanine : Les molécules de mélanine peuvent absorber un large spectre de rayonnements électromagnétiques grâce à leur structure électronique. Chez des champignons comme C. sphaerospermum, la mélanine absorbe probablement les rayons gamma et aide à convertir cette énergie en une forme que le champignon peut utiliser. Des expériences au Albert Einstein College of Medicine ont montré que l’exposition de cellules fongiques mélanisées (Cladosporium sphaerospermum, Wangiella dermatitidis, Cryptococcus neoformans) à des niveaux élevés de radiation (500 fois le bruit de fond) entraînait une augmentation de la croissance et de l’accumulation de biomasse par rapport aux cellules non irradiées. . En 20 à 40 minutes d’exposition, la mélanine du champignon a montré une chimie modifiée et a nettement amélioré ses capacités de transfert d’électrons. En particulier, la mélanine irradiée a pu réduire un accepteur d’électrons (ferricyanure) en utilisant le NADH environ 3 à 4 fois plus vite de plus que la mélanine provenant de cellules non exposées. Cela implique que la mélanine captait l’énergie du rayonnement et canalisait des électrons vers des processus métaboliques.
• radiosynthèse vs photosynthèse : Contrairement à la photosynthèse (qui implique plusieurs étapes complexes pour convertir la lumière en énergie chimique), le processus des champignons pourrait être plus simple. Le terme « radiosynthèse » est utilisé pour décrire l’utilisation de radiations ionisantes pour stimuler le métabolisme. L’hypothèse est que la mélanine absorbe les radiations et déclenche des excitations électroniques ou des réactions d’oxydoréduction qui apportent de l’énergie ou des bénéfices de croissance à la cellule. Par exemple, une étude a montré que la mélanine exposée au rayonnement présentait une augmentation par quatre de sa capacité à réduire le NADH, indiquant un potentiel de transfert d’énergie. En substance, la mélanine pourrait fonctionner comme un « transducteur d’énergie rayonnante », captant des photons gamma et générant des électrons ou d’autres transporteurs d’énergie chimique que le champignon peut utiliser. Cela reste un sujet de recherche, et les scientifiques n’ont pas encore pleinement confirmé si le champignon peut fixer le carbone (comme le font les plantes) en utilisant cette énergie, ou si cela aide surtout le champignon à utiliser plus efficacement d’autres nutriments.
• radioprotection vs récolte d’énergie : Il est important de noter que la mélanine offre également une protection. La mélanine peut physiquement protéger les cellules et neutraliser les radicaux libres nocifs produits par les radiations. Dans les environnements hautement radioactifs, les champignons riches en mélanine subissent moins de dommages à l’ADN. On pense que le pigment neutralise les espèces réactives de l’oxygène générées par la radiolyse (la radiation brisant les molécules d’eau). Ainsi, la mélanine remplit un double objectif : elle protège le champignon des effets nocifs des radiations et canalise éventuellement une partie de cette énergie de radiation dans le métabolisme du champignon. Des champignons modifiés pour être albinos (sans mélanine) n’ont pas montré de croissance accrue sous radiation, soulignant le rôle clé de la mélanine.

En résumé, la mélanine du champignon noir agit comme une « batterie radio-réactive ». Elle absorbe les rayons gamma, subit des changements de structure électronique et stimule les processus métaboliques (comme le transfert d’électrons et la croissance) chez le champignon. Ce mécanisme remarquable permet au champignon de convertir des radiations mortelles en énergie utilisable – un phénomène à la frontière de notre compréhension, les chercheurs travaillant encore à décoder entièrement la biochimie derrière cette forme de conversion d’énergie.

Premières observations dans les ruines de Tchernobyl
Peu après la catastrophe nucléaire de Tchernobyl en 1986, des scientifiques explorant les décombres ont fait une observation stupéfiante : l’intérieur hautement radioactif du réacteur 4 noircissait sous l’effet d’une prolifération fongique. En 1991, cinq ans après l’accident, des chercheurs ont rapporté que les parois du réacteur en ruine étaient couverts d’un champignon noir ressemblant à de la moisissure. Même dans les bassins de refroidissement d’eau, des champignons poussaient et rendaient l’eau noire avec leurs spores pigmentées.

La mycologue ukrainienne Nelli Zhdanova et ses collègues ont été parmi les premiers à étudier ces champignons. Ils ont trouvé des « particules chaudes » de graphite de réacteur (débris hautement radioactifs) qui étaient activement colonisées et décomposées par les champignons. Les champignons ne se contentaient pas de vivre là par hasard – ils semblaient préférer les matières radioactives. L’équipe de Zhdanova a inventé le terme « radiotropisme » pour décrire comment les hyphes fongiques poussaient de manière directionnelle vers les sources de radiations bêta et gamma. Dans des expériences contrôlées, environ deux tiers des isolats fongiques (dont beaucoup provenaient de Tchernobyl) poussaient vers une source de radiation dans des boîtes de Pétri, tandis que des champignons génétiquement similaires provenant de zones non radioactives ne montraient que peu ou pas d’attraction de ce type. Cela a exclu la simple coïncidence et suggéré un véritable phénomène biologique de comportement de recherche de radiations.

Au cours des 15 années suivantes, des milliers de souches de centaines d’espèces de micro-champignons ont été isolées de la zone d’exclusion de Tchernobyl. Beaucoup étaient des espèces sombrement pigmentées (riches en mélanine) telles que Cladosporium, Alternaria, Penicillium, et des levures comme Cryptococcus. Le plus fréquemment rencontré était Cladosporium sphaerospermum, qui est devenu emblématique des « champignons noirs » de Tchernobyl. Remarquablement, certains de ces champignons pouvaient même décomposer les blocs de modérateur en graphite radioactif du cœur du réacteur – « mangeant » littéralement les restes du réacteur, utilisant probablement à la fois la source de carbone et l’énergie des radiations.

Études de laboratoire révolutionnaires
Les premières découvertes ont soulevé une question provocatrice : ces champignons étaient-ils réellement en train de croître mieux grâce au rayonnement, et pas seulement malgré lui ? Pour enquêter, la Dre Ekaterina Dadachova et Arturo Casadevall ont mené des études pionnières au milieu des années 2000. En 2007, ils ont publié un article de référence démontrant que certains champignons de Tchernobyl poussaient plus vite en présence de radiations ionisantes que sans elles. Ils ont cultivé des champignons riches en mélanine (Wangiella, Cryptococcus, etc.) sous de fortes radiations gamma en laboratoire et ont observé des augmentations significatives de la biomasse et de l’absorption d’acétate par rapport aux conditions de contrôle. Le métabolisme et l’expression génétique des champignons ont été modifiés par l’exposition aux radiations, indiquant une réelle réponse physiologique pour exploiter l’énergie. C’était la première preuve directe soutenant l’idée de la radiosynthèse.

L’étude de Dadachova de 2007 a également approfondi la chimie : après l’exposition aux radiations, la mélanine fongique a montré des changements cohérents avec l’excitation électronique (détectée par résonance paramagnétique électronique) et est devenue plus efficace pour le transfert d’énergie (réduction du NADH). En substance, c’était comme si la mélanine était « chargée » » par le rayonnement, de manière analogue à la façon dont la chlorophylle est énergisée par la lumière du soleil. Ils ont conclu que la mélanine pouvait en effet agir dans la capture et l’utilisation de l’énergie pour les champignons, ouvrant la porte à la considération des radiations comme un nutriment ou une source de carburant possible pour la vie.

Depuis, plusieurs études ont renforcé ces conclusions. Une revue de 2008 par Dadachova & Casadevall a résumé que C. sphaerospermum était l’une des espèces prédominantes dans le réacteur et que les cellules fongiques mélanisées présentent une croissance accrue après irradiation. En 2004, le groupe de Zhdanova a formellement publié des preuves de radiotropisme dans Mycological Research, et d’autres chercheurs ont examiné des changements génétiques chez des champignons de Tchernobyl qui pourraient expliquer leur résistance extrême au rayonnement. Plus récemment, des études génomiques et transcriptomiques modernes (Malo et al., 2021) ont analysé comment des champignons comme Exophiala dermatitidis s’adaptent au niveau moléculaire lorsqu’ils sont exposés aux radiations, trouvant des changements dans les gènes de réponse au stress et les voies de production de mélanine.

En 2020, une étude intrigante de l’Université de la Saskatchewan a montré que les champignons peuvent même être « entraînés » à mieux détecter et à se déplacer vers les radiations. En exposant des champignons noirs aux radiations au fil du temps (radio-adaptation), ils ont induit une réponse de croissance accrue lorsque les champignons ont ensuite rencontré des radiations à forte dose. Cela suggère que nous pourrions améliorer ou sélectionner des champignons dotés de capacités de radiosynthèse super-efficaces.

Pourquoi Tchernobyl ?
Le réacteur de Tchernobyl offrait un environnement unique : fort rayonnement, abondance de matière organique en décomposition (comme des arbres morts, des matériaux de structure et du graphite) et peu de concurrence d’autres organismes (la plupart des plantes et des animaux sont morts ou sont partis). Ces conditions ont probablement sélectionné les champignons capables de survivre aux radiations et de les exploiter. En 1991, les scientifiques ont remarqué que le sol et les surfaces « devenaient noirs » à cause de la croissance fongique dans les zones contaminées. C’est un exemple frappant de la vie s’adaptant à ce que nous considérerions comme un environnement inhabitable. Le champignon noir de Tchernobyl est depuis devenu un exemple fondamental d’extrêmophiles, des organismes prospérant dans des conditions extrêmes – dans ce cas, une radioactivité extrême.

La découverte que des champignons peuvent « manger » le rayonnement et peut-être le convertir en énergie utile a déclenché une vague d’idées innovantes. Du voyage spatial au nettoyage environnemental en passant par la médecine, les champignons radiotrophes et leur pigment de mélanine présentent des applications prometteuses. Voici quelques-unes des possibilités passionnantes :

1. Voyage spatial et protection contre les radiations
L’un des plus grands défis des voyages spatiaux de longue durée (comme une mission vers Mars) est l’exposition au rayonnement cosmique. Les astronautes, hors du champ magnétique protecteur de la Terre, subissent des niveaux de rayonnement bien plus élevés que sur Terre, ce qui peut endommager les tissus et l’électronique. Le champignon de Tchernobyl offre une solution potentielle : des boucliers anti-radiations vivants.

Des chercheurs, y compris des scientifiques de la NASA, ont expérimenté avec C. sphaerospermum à bord de la Station spatiale internationale (ISS). Lors d’une expérience en 2019-2020, un échantillon de ce champignon a été cultivé sur l’ISS pour tester sa capacité à bloquer le rayonnement spatial. Les résultats étaient prometteurs : même une fine couche de champignon a réduit de manière mesurable les niveaux de radiation. En fait, une couche de 1,7 mm d’épaisseur de C. sphaerospermum sur une boîte de Pétri a entraîné une réduction d’environ 2,4 % des radiations ionisantes par rapport à un témoin, démontrant une protection contre les radiations environ cinq fois supérieure à celle d’une masse égale de matière non vivante. Bien qu’une réduction de 2 à 3 % soit faible, elle est significative pour un biofilm aussi mince. L’expérience a montré que plus la biomasse fongique était importante, plus les radiations étaient atténuées.

Les scientifiques ont estimé que si tu entourais un objet (ou une personne) avec le champignon, le blindage pourrait réduire le rayonnement d’environ 4 %. Pour réduire le rayonnement à la surface martienne à des niveaux terrestres, les calculs suggèrent qu’il faudrait environ une couche de 21 cm d’épaisseur de ce champignon comme bouclier. Cela peut paraître épais, mais comme le champignon peut croître et s’auto-répliquer, les astronautes n’auraient pas besoin d’emporter tout ce matériel de blindage depuis la Terre – ils pourraient potentiellement le cultiver sur place (un concept de boucliers auto-régénérateurs). Mélanger la mélanine fongique avec le sol martien pourrait également améliorer le blindage tout en limitant le poids ; un concept propose un composite de régolithe (sol martien), de mélanine et de biomasse fongique d’environ 9 cm d’épaisseur pour obtenir une protection substantielle.

Au-delà du blocage des radiations, l’idée d’utiliser le champignon comme une « centrale électrique » spatiale est à l’étude. Si le champignon convertit effectivement les radiations en énergie chimique, les astronautes pourraient exploiter cette activité métabolique. Par exemple, certains ont spéculé sur des systèmes de stockage d’énergie où des microbes radiotrophes compléteraient l’énergie solaire, presque comme des panneaux solaires vivants utilisant les rayons cosmiques. Bien que cela reste spéculatif, le champignon pourrait au moins agir comme un revêtement protecteur sur les habitats, les combinaisons ou les engins spatiaux, et même s’auto-réparer s’il est endommagé par les radiations. Parce qu’il s’agit d’un système vivant, il peut guérir et continuer à croître, offrant un avantage sur les boucliers statiques.

Il est important de noter que la mélanine elle-même (sans le champignon vivant) est testée comme matériau de protection contre les radiations. En 2019, une équipe de Johns Hopkins a envoyé de la mélanine fongique purifiée sur l’ISS pour examiner son efficacité contre les rayons cosmiques. Si la mélanine s’avère efficace, nous pourrions voir à l’avenir des peintures ou des films à base de mélanine protéger l’équipement spatial et peut-être tapisser les parois des engins spatiaux.

2. Bioremédiation des déchets et environnements nucléaires
Une autre application passionnante consiste à utiliser ces champignons pour nettoyer la pollution radioactive sur Terre. Depuis Tchernobyl, les scientifiques ont réalisé que ces champignons peuvent absorber des isotopes radioactifs et les emprisonner dans leurs cellules. Les parois cellulaires riches en mélanine peuvent lier les métaux lourds et les radionucléides, les éliminant ainsi efficacement de l’environnement.

Les utilisations potentielles en bioremédiation incluent :

• Nettoyage des sols contaminés : Dans des zones comme la zone d’exclusion de Tchernobyl ou Fukushima, des champignons adaptés au rayonnement pourraient être introduits dans des sols contaminés pour absorber le césium, le strontium et d’autres isotopes dangereux. Les champignons « bioaccumuleraient » ces éléments. Comme ils tolèrent aussi un fort rayonnement, ils survivraient là où des plantes ou des bactéries pourraient disparaître. Une fois les champignons développés, on peut les récolter, et la matière radioactive se retrouve concentrée dans la biomasse fongique, qui peut ensuite être confinée ou éliminée en toute sécurité. Ce processus est une forme de mycorémédiation (dépollution par les champignons). Il a déjà été démontré que des champignons immobilisent des radionucléides dans les sols de Tchernobyl. Fait notable, ils ont même consommé une partie des débris organiques radioactifs (comme le graphite) dans le réacteur, réduisant sa masse.
• Confinement des accidents nucléaires : L’équipe d’Ekaterina Dadachova suggère d’« entraîner les champignons » à détecter et à accumuler la radioactivité. Ces champignons entraînés pourraient servir de biocapteurs – par exemple, disséminés sur une zone où l’on soupçonne une bombe sale ou un essai nucléaire clandestin ; les champignons se développeraient plus vigoureusement près des points chauds de rayonnement, signalant ainsi efficacement ces zones. En se développant, ils encapsuleraient aussi des particules radioactives, les empêchant de s’infiltrer dans les eaux souterraines ou de se disperser. Ce concept pourrait aider à surveiller et à nettoyer des sites d’accidents nucléaires ou de réacteurs mis hors service.
• Traitement des déchets : Les champignons pourraient aussi être utilisés dans des installations de gestion des déchets nucléaires. Ils pourraient former une couche dans les dépôts de déchets pour capter d’éventuelles fuites de radionucléides. Certaines levures et certains champignons sont extrêmement résistants au rayonnement et tolèrent aussi des métaux lourds toxiques. Des recherches sur des espèces fongiques présentes dans des déchets radioactifs ont montré qu’elles surpassent souvent même les bactéries en termes de survie et de séquestration des radionucléides.

L’un des défis est de savoir quoi faire des champignons radioactifs après le nettoyage. La biomasse elle-même devient un déchet nucléaire. Cependant, comme les champignons concentrent les radioisotopes, ils réduisent considérablement le volume de matière contaminée, ce qui est une victoire pour la gestion des déchets. La biomasse fongique concentrée peut être incinérée dans des conditions contrôlées (les cendres peuvent être stockées) ou éventuellement traitée pour en extraire des isotopes utiles.

3. Médecine et radioprotection pour les humains
La mélanine de ces champignons pourrait inspirer de nouvelles façons de protéger les humains des radiations ou même de traiter certaines pathologies :

• Protection contre les radiations pour les patients et les travailleurs : Tout comme la mélanine protège les champignons, elle pourrait protéger les cellules humaines. Des scientifiques ont proposé de créer une sorte de « écran solaire » contre les radiations en utilisant la mélanine fongique. Par exemple, des patients atteints de cancer recevant une radiothérapie pourraient potentiellement prendre de la mélanine ou en appliquer pour protéger les tissus sains pendant le traitement. Les travailleurs des centrales nucléaires ou les pilotes de ligne (qui reçoivent une exposition accrue aux rayons cosmiques) pourraient utiliser des compléments ou des crèmes à base de mélanine pour réduire les dommages à l’ADN. En fait, des expériences ont montré que des souris ayant reçu de la mélanine fongique, ou même des régimes contenant certains champignons riches en mélanine, avaient de meilleurs taux de survie après des doses létales de rayonnement. Dans une étude, des souris ayant reçu de la mélanine provenant d’un champignon (« Gliocephalotrichum simplex) présentaient une survie plus élevée, des rates plus saines et moins de dommages oxydatifs après avoir été irradiées, par rapport aux souris témoins. La mélanine semblait aider en stimulant les voies de signalisation cellulaire (comme la restauration d’une protéine importante, ERK, que les radiations détruisent).
• Médicaments et thérapies : Il existe un intérêt pour le développement de médicaments radioprotecteurs à partir de la mélanine ou en imitant sa structure. La mélanine est un antioxydant naturel et un piégeur de radicaux libres ( Ionizing Radiation: how fungi cope, adapt, and exploit with the help of melanin – PMC ) ( Ionizing Radiation: how fungi cope, adapt, and exploit with the help of melanin – PMC ). Un composé à base de mélanine pourrait être administré à des astronautes ou à des premiers intervenants lors d’urgences nucléaires pour prévenir le syndrome d’irradiation aiguë. Comme la mélanine est un biopolymère, l’un des défis est de l’administrer (elle est insoluble). Certaines approches incluent des nanoparticules de mélanine ou des formes injectables. Fait notable, la mélanine des champignons est chimiquement similaire au pigment de certains champignons comestibles, donc même des pistes alimentaires sont explorées (bien qu’il faille manger beaucoup de champignons pour avoir un effet !).
• Imagerie médicale et traitement du cancer : Fait intéressant, la capacité de la mélanine à absorber le rayonnement pourrait être utile en thérapie anticancéreuse ciblée. Des scientifiques ont envisagé si des microbes producteurs de mélanine pourraient être utilisés pour concentrer le rayonnement dans une tumeur (même si c’est tiré par les cheveux et encore au stade des premières idées). Plus concrètement, la propriété radioprotectrice de la mélanine pourrait protéger les cellules saines pendant la radiothérapie du cancer, comme mentionné plus haut.
• Biocapteurs pour la santé : La capacité du champignon à détecter le rayonnement pourrait même être utilisée dans de petits détecteurs pour surveiller l’exposition aux radiations. Imagine un dosimètre personnel avec une petite fiole de champignon mélanisé : si les niveaux de rayonnement augmentent, le métabolisme du champignon change, ce qui pourrait déclencher un signal lisible. C’est spéculatif, mais cela montre comment la biologie pourrait aider la technologie.
  

4. Biotechnologie et autres technologies
Au-delà de l’espace et de la médecine, les champignons radiotrophes et leurs pigments ont d’autres utilisations innovantes :

• Récolte d’énergie : Le concept de récolte d’énergie à partir des radiations est intrigant. Des batteries nucléaires existent (comme les RTG – générateurs thermoélectriques à radioisotopes), mais elles utilisent la chaleur de désintégration. Les champignons offrent une approche biologique. Si nous pouvions concevoir un système où la mélanine fongique convertit les rayons gamma en énergie électrique (par exemple, via des réactions de transfert d’électrons), nous pourrions créer une sorte de batterie biologique à radiations . Des chercheurs ont noté que les pigments de mélanine peuvent produire un courant électrique dans certaines conditions, et des recherches en cours en bioélectrochimie examinent la mélanine des microbes pour voir si elle peut être utilisée dans des piles à combustible ou des capteurs.
• Capteurs et détecteurs : Comme mentionné, des champignons entraînés pourraient agir comme des capteurs vivants. Ils pourraient être utilisés pour détecter des matières nucléaires illégales. De plus, la conductivité de la mélanine change lorsqu’elle est irradiée (comme l’a montré Dadachova). Cela signifie qu’un circuit recouvert de mélanine pourrait potentiellement servir de détecteur de rayonnement en temps réel, en modifiant sa résistance électrique ou son courant lorsque le rayonnement est absorbé.
• Biotechnologie industrielle : La mélanine fongique est extrêmement stable et peut se lier à diverses substances. Elle est étudiée pour la filtration (pour éliminer des toxines ou même des agents neurotoxiques, puisque la mélanine peut se lier à des polluants chimiques). La porosité et la capacité de liaison de la mélanine pourraient en faire un composant de filtres ou d’équipements de protection pour la défense chimique/radiologique.
• Science des matériaux : L’idée d’incorporer la mélanine dans des matériaux (plastiques, peintures, tissus) pour le blindage contre les radiations est séduisante, car la mélanine est légère et biocompatible. Par exemple, des polymères imprégnés de mélanine pourraient recouvrir l’intérieur des avions ou des stations spatiales afin de réduire l’exposition chronique à de faibles doses de rayonnement. Même l’électronique grand public pourrait en bénéficier (pour protéger des composants sensibles du rayonnement de fond ou renforcer des appareils pour des vols à haute altitude).
• Stockage d’énergie : Une notion spéculative mentionnée par les chercheurs est l’utilisation des champignons pour le stockage d’énergie. Puisqu’ils convertissent les radiations en énergie chimique, peut-être pourraient-ils charger une sorte de condensateur biologique ou stocker de l’énergie sous forme chimique qui pourra être exploitée plus tard. C’est une biotechnologie futuriste qui nécessiterait des avancées significatives, mais elle est envisagée comme une idée à long terme.

De la protection des astronautes au nettoyage des sites nucléaires, les applications du champignon de Tchernobyl couvrent de nombreux domaines. C’est un exemple parfait de la façon dont une découverte étrange dans une zone sinistrée peut inspirer l’innovation interdisciplinaire.

Bien que le potentiel soit passionnant, l’utilisation d’un champignon mangeur de radiations dans des applications pratiques soulève d’importantes questions éthiques et de sécurité :

• Pathogénicité et risques pour la santé : De nombreux champignons produisant de la mélanine sont des agents pathogènes opportunistes ou des allergènes. Cladosporium sphaerospermum lui-même est généralement considéré comme une moisissure environnementale commune et peut provoquer des allergies ou de l’asthme chez les personnes sensibles. D’autres « moisissures noires » apparentées et Cryptococcus neoformans (l’un des champignons radiotrophes) peuvent causer des infections graves chez les personnes dont le système immunitaire est affaibli. Le travail avec de tels champignons ou leur déploiement dans l’environnement ou dans des habitats spatiaux doit garantir qu’ils ne posent pas de risque pour la santé humaine. Si nous devions revêtir un engin spatial ou une pièce avec du champignon vivant, nous devrions être sûrs qu’il n’infecterait pas par inadvertance l’équipage ou ne produirait pas de spores toxiques. Les scientifiques explorent l’utilisation du seul pigment de mélanine (qui n’est pas infectieux) comme alternative plus sûre aux cultures fongiques vivantes pour les applications impliquant une exposition humaine ( Fungal Melanins and Applications in Healthcare, Bioremediation and Industry – PMC ) ( Fungal Melanins and Applications in Healthcare, Bioremediation and Industry – PMC ).
• Confinement et contrôle : Introduire un champignon robuste dans un nouvel environnement (comme Mars, un laboratoire ou un site nucléaire) exige un contrôle rigoureux. Ces champignons peuvent se propager via des spores microscopiques. Il y a un enjeu d’éthique écologique : si l’on libère des champignons friands de rayonnement sur un site contaminé, pourraient-ils se propager involontairement au-delà de la zone cible ? On ne voudrait pas d’un scénario d’espèce invasive. Cependant, dans des lieux comme le réacteur de Tchernobyl ou une installation de déchets scellée, c’est moins préoccupant, car la zone est déjà hostile à la plupart des formes de vie et confinée. Dans l’espace, tout matériau biologique nécessite des protocoles de quarantaine pour éviter de contaminer d’autres planètes (règles de protection planétaire) – ironiquement, un champignon qui prospère grâce au rayonnement pourrait survivre au voyage interplanétaire mieux que la plupart des microbes, donc il faut être prudent.
• Modification génétique : Il pourrait y avoir un intérêt à améliorer génétiquement ces champignons pour de meilleures performances (par exemple, un champignon OGM qui produit davantage de mélanine ou pousse plus vite). Tout OGM utilisé en extérieur soulèverait des questions réglementaires et éthiques. Par exemple, des champignons modifiés pourraient-ils transférer des gènes à des espèces natives ? Pourraient-ils évoluer de manière inattendue dans la nature ou dans l’espace ? Des évaluations de risques approfondies seraient nécessaires.
• Élimination après nettoyage : L’utilisation de champignons pour la bioremédiation pose le problème mentionné : les champignons deviennent radioactifs. La manipulation et l’élimination de la biomasse radioactive doivent respecter les protocoles de sûreté nucléaire. Il y a un volet éthique pour s’assurer que les travailleurs impliqués dans cette bioremédiation ne sont pas exposés à un risque excessif et que les déchets sont sécurisés. Certains pourraient soutenir que le processus ne fait que déplacer la contamination d’une forme à une autre, mais l’argument contraire est que cela la concentre et la confine, ce qui reste bénéfique.
• Effets inconnus sur l’écosystème : Les champignons qui absorbent le rayonnement pourraient modifier les microécosystèmes où ils sont appliqués. Par exemple, lors d’un nettoyage des sols, à mesure que les champignons dominent, ils pourraient supplanter d’autres microbes ou modifier la chimie du sol. Il faudrait surveiller ces effets pour éviter de nuire à la santé des sols à long terme. Cependant, dans des zones déjà dévastées comme le cœur du réacteur de Tchernobyl, favoriser la croissance fongique pourrait au contraire être réhabilitant, puisque presque rien d’autre n’y vit.
• Utilisation éthique des extrêmophiles : Il y a une question philosophique plus large : avons-nous le droit d’exploiter des formes de vie extrêmophiles à notre profit sans comprendre pleinement leur écologie ? Certains éthiciens recommandent la prudence lorsqu’on intervient sur des organismes aux niches très spécialisées. Cela dit, ces champignons existent naturellement et sont déjà présents dans ces environnements, et les utiliser pour atténuer des catastrophes causées par l’humain (comme des fuites nucléaires) peut être vu comme un devoir éthique positif de réparer l’environnement.

Dans tous les cas, les protocoles de sécurité favoriseront probablement l’utilisation de mélanine isolée ou de biomasse fongique morte plutôt que de cultiver activement des cultures lorsque c’est possible. Par exemple, fabriquer des revêtements à base de mélanine évite le risque lié à un champignon vivant. Si des champignons vivants sont utilisés (comme dans l’espace ou pour le nettoyage), ils seraient probablement maintenus dans des systèmes fermés ou derrière des barrières afin d’éviter une propagation incontrôlée. À mesure que la recherche avance, les scientifiques restent attentifs à ces préoccupations et soulignent souvent la nécessité d’en savoir plus sur la mélanine fongique et la manipulation des champignons mélanisés (« Fungal Melanins and Applications in Healthcare, Bioremediation and Industry – PMC ) ( Fungal Melanins and Applications in Healthcare, Bioremediation and Industry – PMC ).

La recherche sur le champignon noir de Tchernobyl et ses applications progresse rapidement, à la croisée de la microbiologie, de la biophysique et de l’ingénierie. Voici quelques découvertes récentes et orientations futures :

• Expériences sur la Station spatiale internationale (2018–2022) : Le champignon C. sphaerospermum a désormais été testé dans l’espace. Les tests préliminaires en 2018-19 sur l’ISS (par la NASA et des collaborateurs) ont montré que le champignon pouvait se développer en microgravité et offrir un blindage contre les radiations, comme indiqué. Une étude de suivi publiée en 2022 a rapporté que le champignon non seulement poussait bien sur l’ISS, mais avait en réalité une taux de croissance légèrement plus élevé en orbite que sur Terre, peut-être en raison de l’exposition constante aux radiations (augmentation de la croissance d’environ 1,2 fois). Cela suggère une réponse radio-adaptative aux radiations spatiales où le champignon pourrait bénéficier des rayons cosmiques. De plus, l’expérience a confirmé une réduction détectable des radiations sous la culture fongique par rapport à un témoin sans champignon, attribuable à la biomasse fongique qui absorbait le rayonnement. Ces résultats ouvrent la voie à une mise à l’échelle de l’idée de boucliers vivants contre les radiations dans l’espace. De futures expériences sur l’ISS testeront probablement des couches fongiques plus épaisses et sur des durées plus longues, et même des co-cultures avec des simulants de sol martien pour voir comment un bouclier hybride pourrait fonctionner.
• Aperçus moléculaires (2020–2021) : Les scientifiques ont sondé les génomes et l’expression génétique des champignons radiotrophes. Une étude de 2021 par Malo et al. a examiné comment l’activité génétique de Exophiala dermatitidis (une levure noire radiotrophe) change après exposition au rayonnement. Ils ont constaté l’activation de voies de réponse au stress et une augmentation de l’expression de gènes liés à la production de mélanine et à la réparation de l’ADN sous fort rayonnement. De même, une étude de 2022 (Bland et al., dans Scientific Reports) a examiné comment l’exposition aux rayons gamma et aux UV affectait la croissance et la pigmentation de champignons apparentés. Fait intéressant, ils ont observé des augmentations significatives de la production de pigment de mélanine après irradiation, même si le taux de croissance n’augmentait pas toujours. Cela soutient l’idée que les champignons augmentent la mélanine (pour la protection et possiblement la capture d’énergie) lorsqu’ils vivent dans des environnements radioactifs.
• Champignons détecteurs de radiations (2020) : Comme noté avec les travaux de l’Université de la Saskatchewan, les chercheurs ont réussi à améliorer la réponse aux radiations des champignons en les pré-exposant (en les « entraînant » en quelque sorte). Cet entraînement adaptatif pourrait conduire à des souches fongiques optimisées pour des isotopes ou des niveaux de rayonnement particuliers. C’est comparable à une sélection des meilleurs champignons « renifleurs de radiation ». Les recherches futures pourraient produire des champignons sur mesure pour des tâches de nettoyage spécifiques – par exemple, une souche particulièrement efficace pour accumuler le césium-137 dans le sol, ou une autre qui forme rapidement un biofilm épais de protection lorsque le rayonnement est présent.
• Ingénierie de la mélanine : L’intérêt grandit pour la synthèse ou la modification de la mélanine afin de l’utiliser en dehors du champignon. La mélanine peut être extraite de cultures fongiques en grandes quantités (c’est un polymère robuste). Des équipes explorent matériaux composites avec de la mélanine, comme mélanger de la mélanine fongique dans des plastiques ou des tissus pour créer des équipements de protection contre les radiations. En 2021, une revue approfondie sur les mélanines fongiques a conclu que bien que le potentiel soit élevé, des défis comme la structure complexe de la mélanine et son isolation efficace doivent être surmontés ( Fungal Melanins and Applications in Healthcare, Bioremediation and Industry – PMC ) ( Fungal Melanins and Applications in Healthcare, Bioremediation and Industry – PMC ). Les futures avancées en science des matériaux pourraient permettre d’adapter les propriétés de la mélanine (par exemple, la rendre plus conductrice électriquement ou plus flexible) pour l’intégrer dans des dispositifs.
• Extension à d’autres extrêmes : Des champignons radiotrophes ont également été trouvés dans d’autres lieux extrêmes – par exemple, sur l’extérieur de la Station spatiale internationale et dans des environnements de haute altitude. Certains ont même été exposés à l’extérieur de l’ISS (un projet appelé EXPOSE-E) pendant un an et ont survécu aux rayons cosmiques et au vide. Ces espèces, comme Cryomyces antarcticus, ont maintenu un taux de survie élevé et un faible taux de mutation, attribués à leur protection par la mélanine. Cela nous indique que les champignons radiotrophes (ou du moins leurs spores) pourraient potentiellement endurer un voyage interplanétaire. Les futures recherches en astrobiologie pourraient examiner si de tels champignons pourraient hypothétiquement survivre à la surface de Mars ou aider à ensemencer des systèmes de support de vie dans des habitats là-bas.
• Recherche commerciale et industrielle : Des agences comme la NASA et l’Agence spatiale européenne (ESA) examinent activement les biotechnologies pour le blindage contre les radiations, donc le financement et l’intérêt pour ces champignons sont en hausse. Des startups envisagent même des revêtements à base de mélanine (pour l’électronique, les satellites, etc.). De plus, des agences de défense s’interrogent sur la capacité de la mélanine ou de dérivés fongiques à protéger des soldats contre le rayonnement ou l’exposition chimique. Dans le secteur de l’énergie, des installations nucléaires envisagent des méthodes de biosurveillance (comme des capteurs fongiques) dans leurs systèmes de sécurité. Cet intérêt intersectoriel laisse présager un avenir dynamique pour faire sortir cette science du laboratoire.
• Questions ouvertes : Malgré les progrès, plusieurs questions demeurent pour l’avenir. Les scientifiques essaient encore de prouver de manière concluante quelle quantité une grande partie de l’énergie de croissance du champignon peut provenir directement du rayonnement. Il se peut que le rayonnement augmente leur métabolisme plutôt que de remplacer complètement la nourriture. Comme l’a formulé une revue, il n’est pas encore démontré que les champignons puissent fixer le carbone (transformer le CO₂ en biomasse) en utilisant uniquement l’énergie du rayonnement. De futures expériences pourraient consister à cultiver les champignons dans des milieux minimaux avec rayonnement pour voir s’ils peuvent se maintenir avec très peu d’autres nutriments. Une autre question ouverte est de savoir si l’on peut transférer cette capacité à d’autres organismes – pourrait-on, par exemple, concevoir une plante ou une bactérie utilisant la mélanine et acquérant des capacités radiotrophes ? Ce type de biologie synthétique est peut-être lointain, mais c’est envisageable.

En conclusion, l’humble champignon noir de Tchernobyl est passé d’une curiosité scientifique à un outil prometteur pour l’innovation. Les recherches en cours sont susceptibles de dévoiler davantage de ses secrets, transformant ce qui était autrefois de la science-fiction (des organismes se nourrissant de radiation) en réalité pratique. De la protection des futurs explorateurs de Mars au nettoyage des pires catastrophes nucléaires de notre planète, ce champignon amateur de radiation illustre comment la vie peut s’adapter de manière étonnante – et comment ces adaptations peuvent être exploitées pour l’amélioration de la technologie et de la société.

Références :

• Zhdanova, N. N. et al. (2004). Ionizing radiation attracts soil fungi. Mycological Research, 108(9), 1089–1096.
• Dadachova, E. et al. (2007). Ionizing radiation changes the electronic properties of melanin and enhances the growth of melanised fungi. PLoS One, 2(5): e457.
• Dadachova, E. & Casadevall, A. (2008). Rayonnement ionisant : comment les champignons s’en sortent, s’adaptent et en tirent parti grâce à la mélanine. Curr. Opin. Microbiol. , 11(6), 525–531.
• Shunk, G. K. et al. (2020). A Self-Replicating Radiation-Shield for Human Deep-Space Exploration: Radiotrophic Fungi on the ISS (preprint).
• Cordero, R. J. et al. (2021). Fungal melanins and applications in healthcare, bioremediation and industry. Microorganisms, 9(7): 1465 ( Fungal Melanins and Applications in Healthcare, Bioremediation and Industry – PMC ) ( Fungal Melanins and Applications in Healthcare, Bioremediation and Industry – PMC ).
• Peachey, C. (2020). Champignon de Tchernobyl utilisé dans des expériences spatiales. Nuclear Engineering International.
• University of Saskatchewan News (2020). USask researchers training fungi to sense radiation and clean up nuclear waste.
• Royal Society of Biology (2019). Eating gamma radiation for breakfast – The Biologist (Feature by Tom Ireland).
• Bland, J. et al. (2022). Evaluating changes in growth and pigmentation of fungi in response to gamma and UV irradiation. Sci Reports, 12:12142.
• [Citations supplémentaires en ligne ci-dessus de TechnologyNetworks, Wikipedia (Cladosporium sphaerospermum – Wikipedia), etc., fournissent des lectures complémentaires et des données sources.]