Soutenance de thèse de ZINAÏ Amira
Titre de thèse
Les termites cultivateurs de champignons et leurs dérivés : sources naturelles de molécules antimicrobiennes
Fungus-farming termites and their derivatives: natural sources of antimicrobial compounds
Résumé de la thèse
Les insectes, notamment les termites cultivateurs de champignons de la sous-famille Macrotermitinae, jouent un rôle essentiel dans les écosystèmes en tant que décomposeurs et ingénieurs de l'environnement. Parmi leurs adaptations remarquables figure l'établissement, il y a environ 30 millions d'années, d'une symbiose complexe avec le champignon Termitomyces. Dans ce partenariat, les termites construisent des meules fongiques, structures stratifiées de matière végétale partiellement digérée, servant de substrat pour la culture du champignon. Ce dernier y dégrade la lignocellulose, produisant des nodules nutritifs qui assurent l'alimentation de la colonie. Ce système intégré ne se limite pas à la nutrition : il contribue à maintenir un microenvironnement stable, propice à la survie des termites et de leur symbiote.
Cette symbiose dépasse l'échange alimentaire, intégrant des mécanismes sophistiqués de protection antimicrobienne. Les termites, leurs symbiotes bactériens et Termitomyces produisent divers composés bioactifs capables d'inhiber des pathogènes ou des champignons compétiteurs comme Trichoderma spp. ou Xylaria spp. Dans plusieurs cultures africaines et asiatiques, termites et produits associés (champignons, soldats, meules) sont utilisés en médecine traditionnelle contre des infections et troubles digestifs. Des recherches récentes ont confirmé leurs propriétés antimicrobiennes, révélant le potentiel thérapeutique de cette symbiose comme source de nouvelles molécules pharmacologiques.
Pour mieux comprendre les mécanismes de suppression des pathogènes et le maintien de la monoculture fongique, nous avons d'abord mené une analyse qualitative des interactions dans cet écosystème. Les résultats ont été présentés dans une revue intitulée « Fungus-farming termites and their mutualistic symbionts : Exploring the synergy », retraçant l'origine et la coévolution du lien Macrotermitinae–Termitomyces. Cette revue met aussi en lumière le rôle des symbiotes microbiens et la diversité des composés bioactifs, en comparaison avec d'autres systèmes symbiotiques.
Dans la seconde phase de notre travail, nous avons étudié les propriétés antibactériennes in vitro de 11 extraits bruts de meules fongiques issues de cinq espèces de termites collectées dans une même région du Sénégal. Après sélection basée sur leur activité antimicrobienne, les extraits les plus actifs ont été testés sur un large panel de bactéries cliniques, incluant des souches multirésistantes. Les résultats ont mis en évidence la présence d'Acide dicrotalique (méglutol) dans deux meules prélevées près de zones agricoles, suggérant une origine végétale liée à l'alimentation des termites. L'absence de ce composé dans d'autres extraits a permis de formuler de nouvelles hypothèses sur l'origine et la diversité des composés bioactifs.
Poursuivant cette démarche, nous avons étudié 13 meules fongiques associées à quatre espèces de termites, collectées dans différentes régions du Sénégal sur trois ans. Les tests de sensibilité in vitro ont montré une inhibition systématique de Micrococcus luteus par toutes les fractions extraites. Des approches métabolomiques innovantes, combinées à la mise en réseau moléculaire via la spectrométrie de masse, ont permis d'identifier plusieurs métabolites bioactifs à l'aide de bases de données spécialisées. Une analyse approfondie a permis de retenir une série de composés actifs contre un large panel de souches bactériennes et fongiques.
Nos résultats ouvrent de nouvelles perspectives sur le rôle écologique des meules dans la suppression des pathogènes, tout en mettant en lumière les synergies entre termites, bactéries symbiotiques et Termitomyces dans le maintien d'une monoculture stable. Cela illustre l'efficacité des approches métabolomiques pour l'identification rapide de composés bioactifs, enrichissant ainsi notre compréhension de la dynamique microbienne des meules et de leur potentiel écologique et médical.
Thesis resume
Insects, particularly fungus-growing termites of the subfamily Macrotermitinae, play a key role in ecosystems, acting both as decomposers and environmental engineers. Among their most remarkable adaptations is the establishment, around 30 million years ago, of a complex and unique symbiosis with the fungus Termitomyces. In this partnership, termites build fungal combs, layered structures of partially digested plant matter, that serve as a cultivation substrate for the fungus. Termitomyces break down lignocellulose within these combs, producing nutrient-rich nodules that feed the termite colony. This integrated system is not limited to nutrition; it also helps maintain a stable microenvironment, optimized for temperature and humidity, conditions essential for the survival of both termites and their symbiont.
This symbiosis goes beyond mere nutrient exchange, incorporating sophisticated antimicrobial defense mechanisms. Termites, their bacterial symbionts, and Termitomyces produce various bioactive compounds capable of inhibiting harmful environmental pathogens or fungal competitors such as Trichoderma spp. and Xylaria spp. In several African and Asian cultures, termites and their by-products (fungi, soldiers, combs) are traditionally used to treat infections and digestive disorders. Recent studies have confirmed their antimicrobial properties, highlighting the therapeutic potential of this symbiosis as a source of novel pharmacological molecules.
To better understand the mechanisms of pathogen suppression and the maintenance of fungal monoculture, we first conducted a qualitative analysis of interactions within this ecosystem. The results were presented in a literature review titled Fungus-farming termites and their mutualistic symbionts: Exploring the synergy, which traces the origin and co-evolution of the Macrotermitinae–Termitomyces association. This review also emphasizes the crucial role of microbial symbionts and the diversity of bioactive compounds, drawing comparisons with other symbiotic systems to illustrate the importance of multipartite interactions for ecological stability.
In the second part of our study, we assessed the antibacterial properties of 11 crude fungal comb extracts from five termite species collected in a single region of Senegal. After an initial screening based on antimicrobial activity, the most active extracts were tested against a broad panel of clinical bacteria, including multidrug-resistant strains. Results revealed a predominance of dicrotalic acid (meglutol) in two combs collected near agricultural fields, suggesting a plant-based origin related to the termites' diet. Its absence in other samples led us to propose new hypotheses regarding the origin and diversity of the bioactive compounds responsible for the observed activity.
Continuing this approach, we conducted an in-depth study on 13 fungal combs associated with four termite species, collected across multiple regions of Senegal over three years. Initial in vitro sensitivity tests showed systematic inhibition of Micrococcus luteus by all extracted fractions. We then used innovative metabolomics approaches combined with molecular networking based on mass spectrometry, allowing the identification of several bioactive metabolites through specialized database predictions. A deeper analysis led to the selection of a series of compounds with antimicrobial activity against a broad panel of bacterial and fungal strains.
Ultimately, our findings offer new insights into the ecological role of fungal combs in pathogen suppression and highlight the synergistic relationships between termites, bacterial symbionts, and Termitomyces in maintaining a stable monoculture. This also demonstrates the effectiveness of innovative metabolomic methods for the rapid identification of bioactive compounds, thereby enriching our understanding of microbial dynamics within the combs and their ecological and medical potential.