Le Bacillus thuringiensis : Un Allié Naturel dans la Lutte Contre les Ravageurs

Bien que l'on associe souvent les bactéries à des microbes nocifs responsables de maladies, certaines d'entre elles jouent un rôle crucial et bénéfique. C'est le cas du Bacillus thuringiensis (souvent abrégé en Bt), une bactérie omniprésente dans la nature, reconnue pour ses remarquables propriétés insecticides. Présent dans l'eau et le sol, le Bt est un agent de lutte biologique important capable d'éliminer de nombreux ravageurs courants qui endommagent les cultures, tout en étant relativement inoffensif pour les humains, les animaux et les insectes non nuisibles.

Utilisé depuis plus de soixante ans, le Bacillus thuringiensis a prouvé son efficacité dans la protection des plantes et des forêts. Son action, respectueuse de l'environnement, le distingue de nombreux pesticides chimiques aux impacts néfastes. En effet, il constitue une alternative précieuse, contribuant à réduire la dépendance aux produits de synthèse. Disponible sous diverses formulations, telles que le spray Btk, le Bt est employé dans des contextes variés, allant de l'agriculture à la foresterie, en passant par les zones urbaines.

Cet article se propose d'explorer en détail le Bacillus thuringiensis, en abordant ses caractéristiques biologiques, ses mécanismes d'action, les ravageurs qu'il cible, ainsi que les avantages et les inconvénients de son utilisation.

Qu'est-ce que le Bacillus thuringiensis ?

Le Bacillus thuringiensis est une bactérie de forme allongée, appartenant au « groupe Bacillus cereus » qui rassemble six bacilles. Observé au microscope, il apparaît sous une forme minuscule et en bâtonnet. Il s'agit d'une bactérie à Gram positif, aérobique et sporulée, naturellement présente dans de nombreux environnements, notamment les sols, mais également sur la surface des plantes ainsi qu'au sein du microbiote digestif de certains insectes.

La première découverte de cette bactérie remonte à 1901, lorsque le bactériologiste japonais Shigetane Ishiwata l'isola à partir de larves de vers à soie (Bombyx mori) malades. Dix ans plus tard, en 1911, le scientifique allemand Ernst Berliner la ré-isola à partir de chrysalides infectées de la teigne de la farine (Ephestia kuehniella) provenant d'un moulin situé dans la province de Thuringe, en Allemagne. C'est de cette région que le nom Bacillus thuringiensis est tiré. Son utilisation a véritablement débuté aux États-Unis dans les années 1950 et au Canada dans les années 1970 pour protéger les forêts d'insectes nuisibles comme les vers de l'épinette.

Le Bacillus thuringiensis est un élément si important de la protection des cultures que les techniques utilisées pour sa culture ont été considérablement optimisées au cours des dernières décennies. Il est cultivé dans des réservoirs stérilisés, où la température, les niveaux d'oxygène et le type de nutriments sont des facteurs importants pour sa croissance. Pour les formulations à pulvériser, le Bacillus thuringiensis est combiné avec de l'eau ou de l'huile minérale et d'autres additifs (tels que des autocollants) qui l'aident à tuer les parasites.

Les ∂-endotoxines de Bacillus thuringiensis et leur mode d'action

Les caractéristiques fondamentales du Bacillus thuringiensis résident dans sa capacité à former, lors de la sporulation, des inclusions protéiques cristallines appelées ∂-endotoxines (ou protéines Cry). Ces protéines toxiques, constituées de parties plus petites appelées protéines du cri, sont responsables de l'effet insecticide remarquable de cette bactérie. Elles peuvent représenter jusqu'à 25 % du poids sec de la bactérie et sont à l'origine de son activité larvicide.

Quand un ravageur mange du Bacillus thuringiensis, les cristaux ingérés par les larves d'insectes sont d'abord solubilisés dans la cavité intestinale de la larve en raison du pH alcalin. La fraction active des ∂-endotoxines est ensuite libérée par les protéases intestinales des insectes sensibles. Ces deux étapes sont indispensables pour conférer au Bt son activité insecticide. En effet, seules les toxines Cry activées peuvent traverser la membrane péritrophique, une structure semi-perméable qui tapisse le tube digestif des invertébrés et entoure le bol alimentaire.

Une fois cette membrane franchie, les toxines se fixent sur des récepteurs spécifiques présents à la surface des cellules épithéliales de l'intestin moyen. La liaison de la toxine cri se produit à des endroits appelés vésicules membranaires en brosse, qui ressemblent à de petites bulles à la surface de certaines cellules. Les toxines se lient spécifiquement à des parties de la cellule appelées récepteurs de cadhérine. Une partie de la toxine cri appelée « domaine cri III » est importante pour permettre aux toxines de se lier aux cellules des larves des ravageurs. L’échange du domaine III du cri peut se produire entre différentes toxines, un peu comme échanger des pièces de Lego pour créer différentes formes et fonctions. La séquence d'acides aminés de la toxine détermine sa capacité à se lier au récepteur, car elle détermine la forme des protéines, leur permettant de s’emboîter comme des pièces de puzzle.

Cette liaison déclenche la formation de pores dans la membrane cellulaire de l'épithélium intestinal, entraînant une destruction rapide et presque totale de la barrière digestive. Au niveau physiologique, l’intoxication se manifeste par une paralysie quasi immédiate du tube digestif qui entraîne une cessation de prise de nourriture. La baisse du pH intestinal, consécutive à la lyse cellulaire, crée des conditions favorables à la germination des spores qui ont été ingérées en même temps que les cristaux. Les bactéries issues de cette germination se multiplient alors dans l'insecte, provoquant une septicémie et, finalement, la mort de la larve en quelques heures à quelques jours.

Quels sont les différents ravageurs que Bacillus thuringiensis peut contrôler ?

Le Bacillus thuringiensis est un outil important pour lutter contre une grande variété de ravageurs et agit spécifiquement pendant la phase larvaire des insectes. La plupart des souches de Bt contiennent généralement plusieurs ∂-endotoxines différentes, et ce sont les multiples combinaisons possibles qui déterminent le spectre d’activité insecticide d’une souche donnée. Chaque protéine Cry possède généralement un spectre d’activité restreint et limité aux stades larvaires d’un petit nombre d’espèces, ce qui assure une sélectivité remarquable.

En France, les produits à base de Bt sont autorisés en forêt, vigne, arboriculture, maraîchage, arbres et arbustes d’ornement et en grandes cultures. Voici quelques-uns des ravageurs les plus couramment ciblés par le Bacillus thuringiensis :

Ravageurs forestiers et ornementaux

• Tordeuse des bourgeons de l'épinette (Choristoneura fumiferana) : Ces ravageurs, un type de papillon, sont particulièrement problématiques dans les forêts canadiennes où leurs larves causent des dommages importants aux feuilles des épinettes et des sapins baumiers.

  

• La spongieuse (Lymantria dispar) : Les larves de la spongieuse sont responsables de dégâts considérables dans les forêts d'Amérique du Nord et d'ailleurs. En grand nombre, elles peuvent provoquer une défoliation importante chez divers types d'arbres, affectant significativement les forêts et les paysages urbains.

  

• Processionnaire du pin (Thaumetopoea pityocampa) et du chêne (Thaumetopoea processionea) : Ces chenilles sont connues pour leurs poils urticants et les dégâts qu'elles causent aux arbres. Le Bt est un moyen efficace de contrôler leurs populations.

• Tordeuse grise du mélèze (Zeiraphera diniana) : Un autre ravageur forestier important dont les larves sont ciblées par le Bt.

• Bombyx cul brun (Euproctis chrysorrhoea) : Un ravageur des forêts de chênes dont les chenilles sont sensibles aux toxines Bt.

• Pyrale du buis (Cydalima perspectalis) : Une espèce envahissante récemment arrivée en France, qui provoque des dégâts considérables sur les haies.

Ravageurs des cultures

• Pyrale du maïs (Ostrinia nubilalis) : Cette espèce de papillon cause des dégâts importants aux cultures de maïs. Les adultes pondent leurs œufs sur la face inférieure des feuilles, et lorsque les larves éclosent, elles attaquent la culture.

  

• Arpenteuse du chou (Trichoplusia ni) : Les larves de ces papillons attaquent le chou et les cultures similaires, et sont appelées « arpenteuses » en raison de leur mouvement en boucle.

  

• Piérides du chou (Pieris brassicae) et de la rave (Pieris rapae) : Ces chenilles sont des ravageurs communs des cultures de choux et autres crucifères.

• Noctuelle du chou (Mamestra brassicae) et Teigne des crucifères (Plutella xylostella) : Autres lépidoptères nuisibles aux cultures de crucifères.

• Vers de la grappe (Eudémis (Lobesia botrana) et Cochylis (Eupoecilia ambiguella)) : En vignoble, les préparations de Bt sont homologuées pour lutter contre ces ravageurs.

• Teigne de l'olivier (Prays oleae) et Carpocapse du pommier et du poirier (Cydia pomonella) : Ravageurs importants en arboriculture fruitière.

• Noctuelle ipsilon (Agrotis ipsilon) et Noctuelle des moissons (Agrotis segetum) : Ces noctuelles s'attaquent à un grand nombre de cultures légumières dont la carotte, le céleri, la laitue, l'oignon, la tomate, le poivron, l'aubergine, les choux et autres espèces de crucifères.

• Noctuelle de la tomate (Helicoverpa armigera) et Mineuse de la tomate (Tuta absoluta) : Ravageurs majeurs de la tomate.

Lutte contre les vecteurs de maladies

• Moustiques (Aedes et Culex) : Le Bt est également largement employé dans la lutte contre les espèces de moustiques des genres Aedes et Culex, notamment le long du littoral méditerranéen. La souche B. thuringiensis israelensis (Bti) est particulièrement efficace contre les moustiques et les mouches noires.

Il est important de noter que le Bacillus thuringiensis n'a aucune efficacité sur les tenthrèdes, des insectes de la famille des hyménoptères dont les larves ressemblent étrangement à des chenilles mais ne sont pas des lépidoptères. C'est pourquoi il est crucial de savoir dissocier une chenille d'une larve de tenthrède pour un traitement efficace.

Avantages et Inconvénients de l'Utilisation du Bacillus thuringiensis

L'introduction du Bacillus thuringiensis dans la protection des cultures a transformé durablement les pratiques agricoles à travers le monde. Il offre une alternative prometteuse aux pesticides chimiques, mais son utilisation n'est pas exempte de défis.

Avantages

• Lutte antiparasitaire ciblée : L'un des principaux avantages du Bacillus thuringiensis est sa spécificité. Il offre une lutte ciblée contre les ravageurs d'une variété d'espèces nuisibles, tout en étant relativement inoffensif pour les humains, les animaux et les insectes non nuisibles. Cette activité spécifique est rendue possible par son mode d'action à travers la production des toxines Cry. Cette sélectivité biologique explique l'utilisation massive et relativement sûre du Bt dans la lutte contre des ravageurs agricoles ou des vecteurs de maladies, tout en préservant la biodiversité utile et les auxiliaires de cultures comme les abeilles, les coccinelles et autres insectes bénéfiques. Le Btt (B. thuringiensis tenebrionis), bien qu'ayant une efficacité pauvre et affectant d'autres coléoptères, a été étudié pour le doryphore de la pomme de terre, mais n'a pas été homologué pour un usage domestique au Canada.

• Écologique : Le Bacillus thuringiensis est un microbe naturellement présent dans le sol et l'eau. Cela signifie qu'il est entièrement biodégradable et ne cause pas de dommages à l'environnement comme les pesticides chimiques. Son approche ciblée signifie qu’elle n’entraîne pas de perte de biodiversité, un effet néfaste courant des pesticides chimiques. De plus, son efficacité dans la lutte contre les ravageurs a conduit à son remplacement des pesticides chimiques dans de nombreux cas, augmentant encore son impact positif sur l'environnement. La persistance environnementale du Bt est relativement brève, les spores et toxines se dégradant rapidement sous l'effet de la lumière solaire (rayonnement ultraviolet), des températures élevées et de l'activité microbienne du sol. Cette propriété contribue à réduire les risques de contamination persistante et d'accumulation toxique.

• Multiples souches : Le Bacillus thuringiensis est disponible en différentes souches, ce qui étend sa capacité à cibler différents ravageurs. Par exemple, le Btk (B. thuringiensis kurstaki) est efficace contre les larves de papillons (chenilles), tandis que le Bti (B. thuringiensis israelensis) est efficace contre les moustiques et les mouches noires.

Inconvénients et défis

• Coût : Les produits qui utilisent le Bacillus thuringiensis peuvent être plus coûteux que les pesticides chimiques dans certains cas. Cela signifie qu’ils ne constituent peut-être pas une option viable en tant que traitement autonome. Cependant, leur utilisation dans le cadre d’un système intégré de lutte antiparasitaire peut s’avérer plus rentable.

• Résistance : L'utilisation à long terme du Bacillus thuringiensis contre certains ravageurs a conduit ces ravageurs à développer une résistance aux toxines Cry. À l'instar des phénomènes observés avec les substances chimiques conventionnelles, une exposition répétée et exclusive au Bt peut, au fil des générations, sélectionner des individus capables de survivre à l'action des toxines. Cela peut entraîner de nouvelles pertes de récoltes ou une défoliation des forêts. Des études récentes portant sur la résistance des insectes cibles au Bt relèvent peu ou pas de cas de résistance dans les champs de maïs Bt, mais la question mérite d'être étudiée plus longuement. En effet, l'émergence de populations résistantes au Bt ferait perdre toute efficacité non seulement aux plantes Bt, mais aussi aux biopesticides à base de Bt, utilisés notamment en agriculture biologique. Les solutions à la résistance des ravageurs incluent le remplacement par d'autres types de Bacillus thuringiensis qui utilisent différentes toxines Cry, ou à d'autres biopesticides avec différents modes d’action. L'utilisation de refuges non-Bt est également essentielle pour limiter l'apparition de résistance chez l'insecte.

• Durée d'action limitée : Les toxines Cry se dégradent rapidement lorsqu'elles sont exposées à la lumière du soleil et aux micro-organismes de l'environnement. Leur durée d'action est limitée à 3 ou 4 jours. Le Bt ne peut donc pas être utilisé en traitement préventif et il convient de renouveler le traitement curatif tous les 3 à 7 jours en cas de forte infestation.

• Impact sur les insectes non nuisibles : Bien que le Bt soit spécifique, il s'attaque à toutes les chenilles, y compris celles des papillons inoffensifs ou pollinisateurs. Il est donc crucial de l'utiliser de manière limitée, strictement sur les plantes infestées et après s'être assuré que l'insecte mangeant la plante est bien une chenille.

• Plantes transgéniques Bt : L'incorporation directe des gènes codant pour les toxines Cry de Bacillus thuringiensis dans le génome de certaines plantes cultivées, créant des "plantes Bt", a suscité des débats. Si de nombreuses études confirment l'innocuité du Bt pour l'être humain et les espèces non ciblées, la surveillance continue des écosystèmes reste essentielle. Des préoccupations ont été soulevées concernant la persistance du gène Bt dans les milieux aquatiques ou aux alentours des champs ensemencés avec ce maïs OGM.

Orientations Futures et Gestion des Défis

Le Bacillus thuringiensis joue un rôle important dans la lutte antiparasitaire moderne. Il constitue un outil efficace et respectueux de l’environnement contre de nombreux ravageurs nuisibles dans l’agriculture et la foresterie. Son mode d'action ciblé signifie qu'il peut attaquer des ravageurs spécifiques sans nuire aux insectes utiles, à la faune et aux humains. Ces fonctionnalités font du Bacillus thuringiensis un outil puissant présentant des avantages significatifs par rapport aux pesticides chimiques non spécifiques et nocifs.

Malgré ces avantages, des défis tels que les exigences de résistance et de coût peuvent constituer un problème lors de l'utilisation du Bacillus thuringiensis. Toutefois, les multiples souches de Bacillus thuringiensis offrent de la polyvalence comme solution à la résistance.

Pour l'avenir, les recherches visent à améliorer encore la sélectivité et l'efficacité des formulations à base de Bacillus thuringiensis, à développer de nouvelles souches capables de cibler des ravageurs secondaires, ou à découvrir des toxines encore mieux adaptées aux défis posés par l'émergence de résistances. La gestion de la résistance, par des stratégies telles que la rotation des cultures, l'utilisation de refuges de plantes non-Bt ou l'association de plusieurs types de toxines, est essentielle pour maintenir l'efficacité du Bt à long terme.

En fin de compte, cette bactérie reste importante pour aider les agriculteurs, protéger leurs cultures et maximiser le rendement tout en minimisant l’impact sur la santé humaine et l’environnement. La lutte biologique, qui consiste à utiliser des organismes vivants ou leurs produits pour contrôler d’autres organismes nuisibles, offre une alternative pour assurer une protection phytosanitaire performante. Parmi les bactéries entomopathogènes, Bacillus thuringiensis est à la fois l’espèce la plus utilisée et celle qui offre les potentialités insecticides les plus intéressantes dans la protection des végétaux.

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