5.3 : Champignons
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Objectifs d'apprentissage
- Expliquer pourquoi l'étude des champignons tels que les levures et les moisissures relève de la microbiologie
- Décrire les caractéristiques uniques des champignons
- Décrire des exemples de reproduction asexuée et sexuée de champignons
- Comparez les principaux groupes de champignons dans ce chapitre et donnez des exemples de chacun
- Identifier des exemples des principales causes d'infections dues aux levures et aux moisissures
- Identifier des exemples de champignons producteurs de toxines
- Classer les organismes fongiques selon les grands groupes
Les champignons constituent un groupe diversifié d'organismes hétérotrophes et généralement saprozoïques. Outre les champignons macroscopiques bien connus (tels que les champignons et les moisissures), de nombreuses levures unicellulaires et spores de champignons macroscopiques sont microscopiques. Pour cette raison, les champignons sont inclus dans le domaine de la microbiologie.
Les champignons sont importants pour les humains de diverses manières. Les champignons microscopiques et macroscopiques ont un intérêt médical, certaines espèces pathogènes pouvant provoquer des mycoses (maladies causées par des champignons). Certains champignons pathogènes sont opportunistes, c'est-à-dire qu'ils provoquent principalement des infections lorsque les défenses immunitaires de l'hôte sont compromises et ne provoquent normalement pas de maladie chez les personnes en bonne santé. Les champignons sont importants à d'autres égards. Ils agissent comme des décomposeurs dans l'environnement et sont essentiels à la production de certains aliments tels que les fromages. Les champignons sont également d'importantes sources d'antibiotiques, comme la pénicilline issue du champignon Penicillium.
Caractéristiques des champignons
Les champignons possèdent des caractéristiques bien définies qui les distinguent des autres organismes. La plupart des organismes fongiques multicellulaires, communément appelés moisissures, sont constitués de filaments appelés hyphes. Les hyphes peuvent former un réseau enchevêtré appelé mycélium et former le thalle (corps) des champignons charnus. Les hyphes qui ont des parois entre les cellules sont appelés hyphes septés ; les hyphes dépourvus de parois et de membranes cellulaires entre les cellules sont appelés hyphes non cloisonnés ou coenocytaires). (Figurine\(\PageIndex{1}\)).
Contrairement aux moisissures, les levures sont des champignons unicellulaires. Les levures bourgeonnantes se reproduisent de manière asexuée en bourgeonnant à partir d'une cellule fille plus petite ; les cellules qui en résultent peuvent parfois se coller les unes aux autres sous forme de chaîne courte ou de pseudohyphes (Figure\(\PageIndex{1}\)). Candida albicans est une levure courante qui forme des pseudohyphes ; elle est associée à diverses infections chez l'homme, notamment des mycoses vaginales, du muguet buccal et des candidoses cutanées.
Certains champignons sont dimorphes et apparaissent plus d'une fois au cours de leur cycle de vie. Ces champignons dimorphes peuvent apparaître sous forme de levures ou de moisissures, ce qui peut être important pour l'infectiosité. Elles sont capables de changer d'apparence en réponse à des changements environnementaux tels que la disponibilité des nutriments ou les fluctuations de température, se développant sous forme de moisissure, par exemple, à 25 °C (77 °F) et de cellules de levure à 37 °C (98,6 °F). Cette capacité aide les champignons dimorphes à survivre dans divers environnements. Histoplasma capsulatum, l'agent pathogène responsable de l'histoplasmose, une infection pulmonaire, est un exemple de champignon dimorphe (Figure\(\PageIndex{2}\)).
Les parois cellulaires et les membranes des champignons présentent des caractéristiques uniques remarquables. Les parois cellulaires des champignons contiennent de la chitine, contrairement à la cellulose présente dans les parois cellulaires des plantes et de nombreux protistes. De plus, alors que les membranes cellulaires des animaux contiennent du cholestérol, les membranes cellulaires fongiques contiennent différents stérols appelés ergostérols. Les ergostérols sont souvent exploités comme cibles pour les médicaments antifongiques.
Les cycles de vie des champignons sont uniques et complexes. Les champignons se reproduisent sexuellement soit par fécondation croisée, soit par autofécondation. Les champignons haploïdes forment des hyphes dont les extrémités comportent des gamètes. Deux types d'accouplement différents (représentés par « type + » et « type — ») sont impliqués. Les cytoplasmes des gamètes de type + et — fusionnent (lors d'un événement appelé plasmogamie), produisant une cellule à deux noyaux distincts (une cellule dicaryote). Plus tard, les noyaux fusionnent (dans un événement appelé caryogamie) pour créer un zygote diploïde. Le zygote subit une méiose pour former des spores qui germent pour commencer le stade haploïde, ce qui finit par créer davantage de mycélium haploïde (Figure\(\PageIndex{3}\)). Selon le groupe taxonomique, ces spores produites sexuellement sont appelées zygospores (chez Zygomycota), ascospores (chez Ascomycota) ou basidiospores (chez les basidiomycètes) (Figure\(\PageIndex{4}\)).
Les champignons peuvent également présenter une reproduction asexuée par mitose, une mitose avec bourgeonnement, une fragmentation des hyphes et la formation de spores asexuées par mitose. Ces spores sont des cellules spécialisées qui, selon l'organisme, peuvent présenter des caractéristiques uniques de survie, de reproduction et de dispersion. Les champignons présentent plusieurs types de spores asexuées qui peuvent jouer un rôle important dans la classification.
Exercice\(\PageIndex{1}\)
Un champignon dimorphe est-il une levure ou une moisissure ? Expliquez.
Diversité fongique
Les champignons sont très divers et se répartissent en sept groupes principaux. Les sept groupes ne contiennent pas tous d'agents pathogènes. Certains de ces groupes sont généralement associés aux plantes et incluent des agents pathogènes des plantes. Par exemple, les urédiniomycètes et les ustilagomycètes comprennent respectivement les rouilles et les charbons végétaux. Elles forment des masses rougeâtres ou foncées, respectivement, sur les plantes sous forme de rouille (rouge) ou de charbon (foncé). Certaines espèces ont un impact économique important en raison de leur capacité à réduire les rendements des cultures. Les gloméromycètes comprennent les champignons mycorhiziens, des symbiotes importants avec les racines des plantes qui peuvent favoriser la croissance des plantes en agissant comme un système racinaire étendu. Les gloméromycètes sont des symbiotes obligatoires, ce qui signifie qu'ils ne peuvent survivre que lorsqu'ils sont associés aux racines des plantes ; les champignons reçoivent des glucides de la plante et la plante bénéficie d'une capacité accrue à absorber les nutriments et les minéraux du sol. Les chytridiomycètes (chytrides) sont de petits champignons, mais ils sont extrêmement importants sur le plan écologique. Les chytrides sont généralement aquatiques et possèdent des gamètes flagellés et mobiles ; des types spécifiques sont impliqués dans le déclin des amphibiens dans le monde entier. En raison de leur importance médicale, nous nous concentrerons sur les zygomycotes, les ascomycètes, les basidiomycotes et les microsporidies. La figure\(\PageIndex{9}\) résume les caractéristiques de ces groupes de champignons importants sur le plan médical.
Les Zygomycota (zygomycètes) sont principalement des saprophytes dotés d'hyphes coenocytaires et de noyaux haploïdes. Ils utilisent des sporangiospores pour la reproduction asexuée. Le nom du groupe vient des zygospores qu'ils utilisent pour la reproduction sexuée (Figure\(\PageIndex{3}\)), dont les parois dures sont formées par la fusion des cellules reproductrices de deux individus. Les zygomycètes sont importants pour la science alimentaire et en tant qu'agents pathogènes des cultures. Un exemple est Rhizopus stolonifer (Figure\(\PageIndex{4}\)), une importante moisissure du pain qui cause également la brûlure des plantules de riz. Le genre Mucor est un genre de champignons qui peuvent potentiellement provoquer des infections nécrosantes chez l'homme, bien que la plupart des espèces soient intolérantes aux températures observées dans le corps des mammifères (Figure\(\PageIndex{4}\)).
Les Ascomycètes comprennent des champignons utilisés comme aliments (champignons comestibles, morilles et truffes), d'autres qui sont des causes courantes de détérioration des aliments (moisissures du pain et agents pathogènes des plantes) et d'autres encore qui sont des agents pathogènes pour l'homme. Les ascomycètes peuvent avoir des hyphes cloisonnés et des organes fructifères en forme de coupe appelés ascocarpes. Certains genres d'Ascomycota utilisent des ascospores produites sexuellement ainsi que des spores asexuées appelées conidies, mais les phases sexuelles n'ont pas été découvertes ni décrites pour d'autres. Certains produisent un asque contenant des ascospores au sein d'un ascocarpe (Figure\(\PageIndex{5}\)).
Parmi les Ascomycota, on trouve plusieurs moisissures du pain et des agents pathogènes mineurs, ainsi que des espèces capables de provoquer des mycoses plus graves. Les espèces du genre Aspergillus sont d'importantes causes d'allergies et d'infections et sont utiles dans la recherche et dans la production de certaines boissons alcoolisées fermentées telles que le saké japonais. Le champignon Aspergillus flavus, un contaminant des noix et des céréales entreposées, produit une aflatoxine qui est à la fois une toxine et le cancérogène naturel connu le plus puissant. Neurospora crassa est particulièrement utile dans la recherche génétique car les spores produites par la méiose sont conservées à l'intérieur de l'asque dans une rangée qui reflète les divisions cellulaires qui les ont produites, donnant ainsi une vue directe de la ségrégation et de l'assortiment de gènes (Figure\(\PageIndex{6}\)). Le pénicillium produit l'antibiotique pénicilline (Figure\(\PageIndex{5}\)).
De nombreuses espèces d'ascomycètes sont importantes sur le plan médical. Un grand nombre d'espèces des genres Trichophyton, Microsporum et Epidermophyton sont des dermatophytes, des champignons pathogènes capables de provoquer des infections cutanées telles que le pied d'athlète, les démangeaisons et la teigne. Le Blastomyces dermatitidis est un champignon dimorphe qui peut provoquer la blastomycose, une infection respiratoire qui, si elle n'est pas traitée, peut se propager à d'autres parties du corps, entraînant parfois la mort. Un autre pathogène respiratoire important est le champignon dimorphe Histoplasma capsulatum (Figure\(\PageIndex{2}\)), qui est associé aux oiseaux et aux chauves-souris des vallées fluviales de l'Ohio et du Mississippi. Coccidioides immitis est à l'origine de la grave maladie pulmonaire, la fièvre de la vallée. Candida albicans, la cause la plus fréquente d'infections vaginales et d'autres infections à levures, est également un champignon ascomycète ; il fait partie du microbiote normal de la peau, de l'intestin, des voies génitales et des oreilles (Figure\(\PageIndex{5}\)). Les ascomycètes provoquent également des maladies des plantes, notamment des infections à l'ergot, la maladie hollandaise de l'orme et l'oïdium.
Les levures Saccharomyces, y compris la levure de boulangerie S. cerevisiae, sont des ascomycètes unicellulaires aux stades haploïde et diploïde (Figure\(\PageIndex{7}\)). Cette espèce et d'autres espèces de Saccharomyces sont utilisées pour brasser de la bière.
Les basidiomycètes (basidiomycètes) sont des champignons qui possèdent des basides (structures en forme de massue) qui produisent des basidiospores (spores produites par bourgeonnement) dans les organes fructifères appelés basidiocarpes (Figure\(\PageIndex{8}\)). Ils sont importants en tant que décomposeurs et en tant que nourriture. Ce groupe comprend les rouilles, les cornes, les boulettes et les champignons. Plusieurs espèces revêtent une importance particulière. Le Cryptococcus neoformans, un champignon que l'on trouve couramment sous forme de levure dans l'environnement, peut provoquer de graves infections pulmonaires lorsqu'il est inhalé par des personnes dont le système immunitaire est affaibli. Le champignon des prés comestible, Agricus campestris, est un basidiomycète, tout comme le champignon toxique Amanita phalloides, connu sous le nom de calotte mortelle. Les toxines mortelles produites par A. phalloides ont été utilisées pour étudier la transcription.
Enfin, les Microsporidies sont des champignons unicellulaires qui sont des parasites intracellulaires obligatoires. Elles sont dépourvues de mitochondries, de peroxysomes et de centrioles, mais leurs spores libèrent un tubule polaire unique qui perce la membrane de la cellule hôte pour permettre au champignon de pénétrer dans la cellule. Un certain nombre de microsporidies sont des agents pathogènes pour l'homme, et les infections par les microsporidies sont appelées microsporidioses. L'une des espèces pathogènes est l'entérocystozoaire bieneusi, qui peut provoquer des symptômes tels que diarrhée, cholécystite (inflammation de la vésicule biliaire) et, dans de rares cas, des maladies respiratoires.
Exercice\(\PageIndex{2}\)
Quel groupe de champignons semble être associé au plus grand nombre de maladies humaines ?
Agents pathogènes eucaryotes chez les hôtes eucaryotes
Lorsque nous pensons aux médicaments antimicrobiens, des antibiotiques tels que la pénicilline nous viennent souvent à l'esprit. La pénicilline et les antibiotiques associés interfèrent avec la synthèse des parois cellulaires du peptidoglycane, qui cible efficacement les cellules bactériennes. Ces antibiotiques sont utiles car les humains (comme tous les eucaryotes) ne possèdent pas de parois cellulaires de peptidoglycane.
Il est plus difficile de mettre au point des médicaments efficaces contre les cellules eucaryotes mais non nocifs pour les cellules humaines. Malgré d'énormes différences morphologiques, les cellules des humains, des champignons et des protistes sont similaires en termes de ribosomes, de cytosquelettes et de membranes cellulaires. Il est donc plus difficile de développer des médicaments qui ciblent les protozoaires et les champignons de la même manière que les antibiotiques ciblent les procaryotes.
Les fongicides ont des modes d'action relativement limités. Comme les champignons contiennent des ergostérols (au lieu du cholestérol) dans leurs membranes cellulaires, les différentes enzymes impliquées dans la production de stérols peuvent être la cible de certains médicaments. Les fongicides à base d'azole et de morpholine interfèrent avec la synthèse des stérols membranaires. Ils sont largement utilisés en agriculture (fenpropimorphe) et en clinique (par exemple, le miconazole). Certains médicaments antifongiques ciblent les parois cellulaires de chitine des champignons. Malgré le succès de ces composés dans le ciblage des champignons, les médicaments antifongiques pour les infections systémiques ont toujours tendance à avoir plus d'effets secondaires toxiques que les antibiotiques pour les bactéries.
Orientation clinique : 3e partie
Sarah est soulagée que la teigne ne soit pas un vrai ver, mais elle veut savoir ce que c'est vraiment. Le médecin explique que la teigne est un champignon. Il lui dit qu'elle ne verra pas de champignons sortir de sa peau, car ce champignon ressemble plus à la partie invisible d'un champignon qui se cache dans le sol. Il la rassure en lui disant qu'ils vont aussi éliminer le champignon d'elle.
Le médecin nettoie puis gratte soigneusement la lésion pour placer un échantillon sur une lame. En l'examinant au microscope, le médecin est en mesure de confirmer qu'une infection fongique est responsable de la lésion de Sarah. Sur la figure\(\PageIndex{10}\), il est possible de voir des macroconidies et des microconidies chez Trichophyton rubrum. Les parois cellulaires sont également visibles. Même si l'agent pathogène ressemblait à un helminthe au microscope, la présence de parois cellulaires éliminerait cette possibilité, car les cellules animales sont dépourvues de parois cellulaires.
Le médecin prescrit une crème antifongique à appliquer sur la teigne à la mère de Sarah. La mère de Sarah demande : « Que devons-nous faire si cela ne disparaît pas ? »
Exercice\(\PageIndex{3}\)
Toutes les formes de teigne peuvent-elles être traitées avec le même médicament antifongique ?
Concepts clés et résumé
- Les champignons comprennent divers organismes eucaryotes saprotrophes dotés de parois cellulaires de chitine.
- Les champignons peuvent être unicellulaires ou multicellulaires ; certaines spores (comme les levures) et fongiques sont microscopiques, tandis que d'autres sont grandes et visibles
- Les types de reproduction sont importants pour distinguer les groupes de champignons
- Des espèces importantes sur le plan médical existent dans les quatre groupes de champignons Zygomycota, Ascomycota, Basidiomycota et Microsporidia
- Les membres de Zygomycota, d'Ascomycota et de Basidiomycota produisent des toxines mortelles
- Des différences importantes entre les cellules fongiques, telles que les ergostérols dans les membranes fongiques, peuvent être des cibles pour les médicaments antifongiques, mais les similitudes entre les cellules humaines et fongiques font qu'il est difficile de trouver des cibles pour les médicaments et ces médicaments ont souvent des effets indésirables toxiques