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Le bacille de Thuringe : ses propriétés entomopathogènes

Dossier - La chenille processionnaire du pin
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La chenille processionnaire du pin est un des plus grands ravageurs forestiers en France mais aussi sur l'ensemble des pays méditerranéens. Elle provoque un ralentissement de la croissance de l'arbre, une vulnérabilité plus forte aux maladies et aux autres ravageurs des forêts.

  
DossiersLa chenille processionnaire du pin
 

Le bacille de Thuringe, Bacillus thuringiensis (Bt), est une bactérie utilisée depuis plus de trente ans dans la lutte contre les chenilles défoliatrices des forêts en France. Comme cela fonctionne-t-il ?

Le bacille de Thuringe (Bacillus thuringiensis) a des propriétés entomopathogènes. © Dr. Sahay, Wikimedia Commons, CC by-sa 3.0

Le bacille de Thuringe, Bacillus thuringiensis (Bt), est une bactérie à Gram positif en forme de bâtonnet de la famille des Bacillaceae. Isolée pour la première fois au début du XXe siècle à partir de vers à soie infectés au Japon, on lui associe rapidement des propriétés entomopathogènes. Son nom provient de sa description en 1911 par Berliner en Thuringe (Allemagne), chez l'insecte Anagasta kuehniella (lépidoptère).

Il s'agit d'une bactérie ubiquiste de notre environnement ; elle est présente dans le sol à l'état naturel dans le monde entier, ainsi que fréquemment au niveau des feuilles de nombreux végétaux (Theunis et al., 1998), même si on l'isole majoritairement au niveau de cadavres d'insectes. On compte aujourd'hui près de 70 sous-espèces identifiées par leur sérotype flagellaire.

Nous nous intéresserons plus particulièrement à Bacillus thuringiensis kurstaki sérotype 3a3b (BtK), dont la souche HD-1 est utilisée dans la production d'insecticides visant les larves de lépidoptères. La bactérie 3a3b ne produit pas d'exotoxines, mais des cristaux protéiques qui comprennent chacun cinq endotoxines, trois CryI et deux CryII, qui vont conduire à la mort de l'insecte grâce à la combinaison d'action de plusieurs mécanismes.

Traitement avec le Bt par hélicoptère contre Thaumetopoea processionea. © Jean-Claude Martin, DR

Une fonction qui dépend de l'ingestion du produit par les chenilles

Après avoir été ingéré par la chenille, le cristal est dissout dans l'intestin, grâce à l'action du pH proche de 10 (Tojo et Aizawa, 1983) qui, comme dans le cas des spores, détruit l'enveloppe cristalline et libère des protoxines. Celles-ci, sous l'action des protéases intestinales, sont lysées (protéolyse) et donnent un fragment protéique appelé toxine qui va aller se fixer sur des récepteurs spécifiques de la paroi intestinale de l'insecte.

Il y a alors perforation de la paroi membranaire qui provoque un flux d'électrolytes et d'eau dans les cellules épithéliales (Grochulski et al., 1995),  aboutissant finalement à la lyse de ces cellules. La chenille cesse de s'alimenter dès lors que la toxine commence à lyser les cellules de son intestin, et la mort intervient quelques jours plus tard à quelques dizaines de jours suivant le stade larvaire de celle-ci.

Chenilles processionnaires du pin (L4) mortes après traitement Bt. © Jean-Claude Martin, DR

Ce mécanisme nous permet de remarquer une double spécificité de la toxine à l'insecte : la première concerne la solubilisation du cristal grâce à un pH alcalin qui, d'après Wilson et Benoit (1993), est extrêmement rare, alors que la seconde est liée au caractère spécifique de la liaison toxine-récepteur membranaire (Aronson et al., 1999).

La toxicité du BtK est majoritairement causée par les endotoxines, et aussi extrêmement liée à la germination des spores. En effet, le pH élevé de l'intestin des larves de lépidoptères permet aux spores ingérées de germer et de provoquer ainsi une septicémie. La synergie d'action entre les spores et les toxines a été rapportée dans plusieurs cas, notamment chez la teigne des crucifères Plutella xylostella (Liu et al., 1998).

Localisation et identification de Bacillus thuringiensis

La plupart des techniques microbiologiques courantes sont utilisables pour localiser, voire identifier, cette bactérie.

Colonies de BtK après germination sur milieu nutritif pendant 18 heures à 37 °C. © Jean-Claude Martin, DR

Le dénombrement sur milieu nutritif reste le plus simple à mettre en œuvre car c'est le moins exigeant en matériel. Il consiste à laisser se développer les bactéries sur un milieu enrichi en facteurs nutritifs et favorisant ainsi leur croissance. Il permet de dénombrer la concentration en bactéries d'une solution initiale ou présente sur feuillage après traitement BtK (photo ci-dessus).