Aux États-Unis, des chercheurs ont identifié chez un champignon du sol une protéine qui fait geler l’eau presque à zéro degré, avec des usages possibles du climat à la médecine.
Cette découverte décrite par le site scientifique Gizmodo s’appuie sur des travaux menés à l’université Virginia Tech, aux États-Unis. Une équipe internationale y a mis en lumière une protéine fongique capable de déclencher la formation de glace à des températures à peine négatives, ouvrant la voie à des applications en ensemencement des nuages, en cryopréservation et dans l’industrie alimentaire.
Un champignon du sol qui fait geler l’eau à -2 °C
Les chercheurs dirigés par Boris Vinatzer et Xiaofeng Wang se sont intéressés à des champignons de la famille des Mortierellaceae, très répandus dans les sols du monde entier. Ils y ont identifié une protéine qui agit comme noyau de glaciation, c’est-à-dire un support autour duquel la glace se forme.
Cette protéine permet à l’eau de cristalliser dès -2 °C, au lieu de rester liquide malgré le froid grâce au phénomène de surfusion.
En laboratoire, de l’eau pure peut rester liquide largement en dessous de 0 °C tant qu’aucune particule ne joue ce rôle de déclencheur. Les physiciens parlent alors de surfusion. La protéine produite par ces champignons vient court-circuiter cet état instable en proposant aux molécules d’eau une surface organisée sur laquelle elles s’alignent pour former un cristal de glace.
Jusqu’ici, ce type de capacité était surtout connu chez certaines bactéries comme Pseudomonas syringae, très étudiée en agronomie et en microbiologie. Les surfaces de ces bactéries abritent des protéines qui déclenchent la glace, ce qui peut, par exemple, favoriser les dégâts de gel sur les plantes.
Un avantage clé : une protéine hydrosoluble et autonome
La nouveauté mise en avant par l’équipe de Virginia Tech réside dans le comportement de la version fongique. Les protéines bactériennes déjà connues ne fonctionnent correctement qu’à la surface de cellules vivantes intactes. En pratique, cela complique énormément leur utilisation hors de conditions très contrôlées.
À l’inverse, la protéine issue des Mortierellaceae est hydrosoluble. Elle reste efficace même lorsqu’elle est isolée, sans la cellule qui l’a produite. Ce caractère change tout pour d’éventuelles applications : la molécule se manipule plus facilement, se disperse plus aisément dans l’eau ou dans l’air, et peut être utilisée comme un « ingrédient » à part entière, sans maintenir en vie un organisme entier.
Les résultats, publiés dans la revue scientifique Science Advances, reposent sur une combinaison de séquençage ADN et de bio-informatique. Les chercheurs ont repéré dans le génome du champignon le gène responsable de la production de cette protéine de nucléation de glace, puis ont confirmé expérimentalement son rôle.
Une invention héritée de bactéries il y a très longtemps
L’étude ne se limite pas à la description de la protéine. En comparant les séquences génétiques, les scientifiques ont retracé son origine. Le gène ne fait pas partie du patrimoine ancestral des champignons étudiés. Il aurait été acquis par transfert horizontal de gènes, un mécanisme par lequel un organisme incorpore de l’ADN provenant d’une autre espèce, sans lien de parenté direct.
Les analyses suggèrent qu’une bactérie a transmis ce gène au champignon il y a au moins plusieurs centaines de milliers d’années, peut-être des millions.
Depuis cet événement ancien, le gène s’est maintenu au sein des Mortierellaceae et semble avoir été affiné par l’évolution. Sa conservation à long terme indique qu’il apporte un avantage réel au champignon. Les chercheurs évoquent la possibilité que cette capacité de nucléation de glace l’aide à interagir avec l’eau dans le sol, à coloniser certains environnements ou à se disperser, même si ces hypothèses restent à tester.
Les transferts horizontaux entre bactéries et champignons restent relativement rares, mais ils sont désormais bien documentés. Ils illustrent la plasticité des génomes fongiques, capables d’intégrer des « outils » venus d’autres règnes du vivant et de les adapter à leurs besoins.
Vers un ensemencement des nuages moins chimique
Parmi les usages envisagés, l’ensemencement des nuages occupe une place centrale. Cette technique consiste à injecter dans certains nuages des particules qui favorisent la formation de glace ou de gouttes de pluie, afin de déclencher des précipitations dans des zones ciblées.
Dans de nombreux programmes expérimentaux, les opérateurs utilisent de l’iodure d’argent, un composé minéral qui imite le réseau cristallin de la glace. Cette substance reste efficace, mais son impact environnemental interroge, notamment en cas d’usage répété.
Les chercheurs imaginent un futur où une protéine d’origine biologique, non toxique et biodégradable, remplacerait une partie des produits chimiques utilisés pour ensemencer les nuages.
Une protéine hydrosoluble capable de déclencher la glace à -2 °C pourrait, en théorie, être dispersée dans les nuages par aérosols. Elle servirait de déclencheur pour transformer de fines gouttelettes en cristaux de glace, favorisant ensuite la pluie ou la neige. Cette piste reste encore très spéculative, mais elle illustre l’intérêt des météorologues et des ingénieurs pour des solutions plus proches des processus naturels.
Des perspectives en cryopréservation et dans l’agroalimentaire
La même propriété physique ouvre des perspectives dans la cryopréservation, c’est-à-dire la conservation par le froid de cellules, d’embryons, de tissus ou de microorganismes. Lors d’une congélation mal contrôlée, l’eau gèle tard et forme de gros cristaux aux bords tranchants, qui peuvent déchirer les membranes et endommager les structures internes des cellules.
En déclenchant la congélation plus tôt et plus finement, la protéine fongique favorise la formation de nombreux petits cristaux, généralement moins destructeurs. Les protocoles de cryopréservation utilisent déjà des agents chimiques pour contrôler ce phénomène, mais une protéine naturelle, bien caractérisée, pourrait apporter une option supplémentaire.
Dans l’industrie alimentaire, la taille des cristaux de glace conditionne directement la texture de nombreux produits surgelés : glaces, sorbets, fruits, légumes ou plats cuisinés. De gros cristaux donnent un aspect granuleux et abîment les tissus, alors que de fins cristaux préservent mieux la structure et la sensation en bouche.
- Meilleure texture des produits congelés grâce à des cristaux plus fins ;
- Limitation des dommages sur les cellules végétales et animales lors de la congélation ;
- Possibilité d’optimiser certaines étapes de transformation en jouant sur la température de gel.
Les chercheurs soulignent toutefois un obstacle majeur : pour espérer un usage industriel, il faudra produire cette protéine en grande quantité, de manière stable et à faible coût. Cela suppose soit de cultiver massivement les champignons concernés, soit d’utiliser des techniques de biotechnologie (par exemple des bactéries ou des levures modifiées capables de fabriquer la protéine), puis de mettre au point des procédés d’extraction et de purification adaptés.
Ce que cela change ou non pour la France
En France, l’ensemencement des nuages reste une pratique marginale et très encadrée. Certains projets pilotes existent, mais la plupart des politiques de l’eau s’appuient avant tout sur la gestion des ressources, la réduction des fuites et l’adaptation des usages, plutôt que sur une modification active des nuages.
Les questions que soulève cette protéine fongique intéressent toutefois directement les acteurs français :
- Les laboratoires de recherche publics et privés spécialisés dans la cryobiologie ou la conservation des cellules pourraient s’inspirer de ces travaux pour ajuster leurs protocoles.
- Les industriels de l’agroalimentaire, très présents en France, suivent de près tout ce qui permet d’améliorer la qualité des produits surgelés.
- Les agences en charge de la qualité de l’air et de l’eau regardent avec attention les alternatives biologiques à certains composés chimiques.
Un éventuel usage de cette protéine dans le ciel français nécessiterait des évaluations environnementales et sanitaires approfondies, comme pour tout nouvel agent biologique dispersé à grande échelle. Les autorités devraient vérifier l’absence d’effets indésirables sur les écosystèmes, la santé humaine ou le climat local.
Comprendre quelques notions clés de la glaciation
Pour un lecteur, plusieurs termes techniques méritent d’être clarifiés. La surfusion décrit l’état d’une eau refroidie en dessous de 0 °C sans qu’elle ne gèle, faute de point de départ pour la cristallisation. La moindre particule solide, une rayure sur une surface ou une protéine spécifique peut alors servir de déclencheur et provoquer, en quelques instants, la formation de glace.
Les noyaux de glaciation, naturels ou artificiels, jouent ce rôle de départ. Dans l’atmosphère, des poussières minérales, des grains de sel ou des microorganismes servent souvent de support à la glace. Dans un congélateur, des défauts dans les parois ou des impuretés dissoutes remplissent la même fonction.
| Type de noyau | Origine | Température de déclenchement approximative |
|---|---|---|
| Minéral (poussière, sable) | Naturelle | Bien en dessous de 0 °C |
| Protéine bactérienne | Surface de certaines bactéries | Légèrement sous 0 °C |
| Protéine fongique des Mortierellaceae | Champignon du sol | Autour de -2 °C |
La découverte de Virginia Tech montre qu’un champignon du sol, longtemps considéré comme banal, recèle en réalité une machinerie moléculaire capable de rivaliser avec les méthodes chimiques modernes pour contrôler la glace. Les prochaines années diront si cette protéine restera un objet d’étude de laboratoire ou si elle trouvera sa place dans les nuages, les congélateurs et les banques de cellules à travers le monde.
