Avec l'engouement pour le jardinage biologique, dont on ne peut que se réjouir, Bacillus thuringiensis (Bt) ou bacille de Thuringe revient constamment lorsqu'il est question d'insecticide bio, permettant une utilisation en agriculture biologique. Ce célèbre bacille, une bactérie Gram positive, s'est distingué dans la lutte biologique contre les ravageurs agricoles, offrant une alternative naturelle aux pesticides chimiques. On le retrouve en faible quantité dans pratiquement tous les sols, l'eau, l'air et le feuillage des végétaux.
Qu'est-ce que Bacillus thuringiensis ?
Le bacille de Thuringe, de son nom scientifique, Bacillus thuringiensis, et de son petit nom ou acronyme, Bt, est une bactérie aérobie de forme allongée. Elle appartient au "groupe Bacillus cereus" qui rassemble au total 6 bacilles, dont B. anthracis (responsable de la maladie du charbon), B. cereus, B. mycoides, B. pseudomycoides, B. weihenstephanensis et B. thuringiensis.
Un peu d'histoire et de découvertes
La première évocation de cette bactérie remonte à 1901, lorsqu'un bactériologiste japonais, Shigetane Ishiwata, découvrit une bactérie qui infectait des vers à soie et les tuait. Dix ans plus tard, en 1911, le scientifique allemand, Ernst Berliner, se pencha sur une farine contaminée par la pyrale de la farine (Ephestia kuehniella). L'agent pathogène n'était autre que l'espèce de bacille qu'il nomma Bacillus thuringiensis en référence au Land allemand de Thuringe, dans lequel le papillon gris de la farine avait été trouvé. De prédateur du ver à soie, le bacille de Thuringe s'est transformé en insecticide biologique, dont la commercialisation démarra en 1938. L'acronyme Bt désigne aussi fréquemment la molécule pesticide (insecticide, acaricide…), parfois dénommée thuringiensine obtenue à partir de cette bactérie (ou des bactéries proches telles que Bacillus sphaericus), ou encore produite par génie génétique par des plantes (OGM) dans lesquelles on a introduit certains fragments du génome de cette bactérie. En 2006, le Bt était le biopesticide le plus utilisé (comme bio-insecticide) avec plus de 90 % du marché des bioinsecticides, mais seulement 2 % à peine du marché global des insecticides.
Habitat naturel et survie
Bacillus thuringiensis est une bactérie présente naturellement dans le sol et les milieux aquatiques. Ils forment des spores résistantes, qui leur permettent de survivre dans des conditions défavorables, telles que des températures élevées et des périodes de sécheresse. C'est un microorganisme qui vit à l’état naturel dans les sols, ce qui signifie que toute personne qui entre en contact avec le sol risque d’y être exposée.
Le rôle des protéines Cry et Vip
L’activité insecticide de Bacillus thuringiensis réside dans la production d’inclusions cristallines protéiques appelées δ-endotoxines (delta-endotoxines) qui sont formées au cours de la sporulation. Ces inclusions cristallines protéiniques sont également appelées protéines Cry, et elles sont responsables d'une toxicité spécifique contre les insectes. Ces cristaux restent inertes dans l’environnement jusqu’à ce qu’ils soient ingérés par des insectes sensibles.
En plus des protéines Cry, Bt produit également une autre famille de protéines insecticides appelées protéines Vip (pour "Vegetative insecticidal proteins"). Ces protéines sont sécrétées par la bactérie pendant sa phase végétative de croissance, contrairement aux protéines Cry qui sont produites pendant la sporulation.
Il existe plusieurs familles de protéines Vip :
- Famille Vip1 : contient des protéines actives principalement contre les insectes coléoptères (scarabées) et certains hémiptères.
- Famille Vip2 : Il fonctionne comme un composant complémentaire des protéines Vip1, formant des complexes toxiques binaires.
- Famille Vip3 : Il s’agit de la famille la plus étudiée et la plus pertinente sur le plan commercial, avec une activité spécifique contre les insectes lépidoptères (chenilles).
Mécanisme d'action de la toxine diphtérique | mode d'action
Mécanisme d'action de Bacillus thuringiensis
Le mécanisme d’action des protéines Vip varie selon la famille, mais suit des principes généraux bien établis. L'organisme comporte des inclusions protéiniques qui sont libérées dans l’intestin de l’organisme visé, avec pour effet la paralysie de l’intestin et une interruption de l’alimentation. L'effet insecticide du B.t. variété israelensis provient exclusivement du cristal.
Activation des protoxines
Bacillus thuringiensis est constitué de bactéries hétérotrophes : il obtient de l'énergie et des nutriments à partir de la décomposition de la matière organique présente dans le sol, l'eau et les surfaces végétales. Pendant la phase de sporulation, lorsque les conditions environnementales deviennent défavorables (comme le manque de nutriments ou le stress hydrique), Bt entre dans la phase de sporulation. Les protéines Cry sont cristallines et appartiennent à la famille des protéines protoxines. Synthétisées sous une forme inactive (protoxine), elles ne deviennent toxiques qu'après avoir été transformées dans l'intestin des insectes cibles. De même, dans l'intestin moyen des insectes, les protéines Vip3 sont activées par des protéases spécifiques, subissant un clivage qui expose les domaines actifs.
Liaison et dommages cellulaires
À la suite de l'ingestion par une larve, les inclusions cristallines sont partiellement dissoutes dans le liquide alcalin du tractus digestif, libérant ainsi de longues chaînes de protéines (pro-toxines ou delta-endoxines). Celles-ci sont par la suite sectionnées par des enzymes (protéases) pour produire les segments toxiques (les toxines). Ces toxines actives se lient spécifiquement aux récepteurs présents dans les cellules épithéliales de l'intestin de l'insecte. Chez les espèces de mammifères, il n’existe pas de site équivalent qui pourrait conduire à de tels effets, et ce, peu importe l’âge des sujets exposés.
Après la liaison, les toxines s'insèrent dans la membrane cellulaire, formant des pores qui permettent aux ions et à l'eau d'entrer. Ces pores modifient considérablement la perméabilité de la membrane, provoquant un déséquilibre osmotique, une lyse cellulaire et une paralysie éventuelle du système digestif. Les cellules affectées se gonflent et éclatent, causant la perforation de la paroi du tube digestif. Les insectes ayant un système digestif simple peuvent subir une destruction rapide de leurs parois intestinales. Cela conduit les insectes à cesser de se nourrir et à connaître une paralysie en quelques minutes. Cela permet aux cellules bactériennes végétatives d'envahir et de percer facilement la paroi intestinale.
Le cristal contient au moins quatre toxines, chacune possédant sa propre activité. Le mode d'action de chacune de ces molécules n'est pas pleinement élucidé, toutefois, c'est le résultat combiné de l'action de chacune d'elles qui a l'effet toxique sur la larve.
Spécificité et applications de Bacillus thuringiensis
L’une des caractéristiques les plus précieuses des protéines Vip est leur haute spécificité. Bacillus thuringiensis (Bt) appartient à l'arsenal de lutte biologique qui consiste à recourir à des organismes vivants pour éradiquer des organismes nuisibles. Le Bt est un pesticide biologique efficace contre divers insectes nuisibles d'intérieur tels que les chenilles, les mouches, les coléoptères et les mites. Cela en fait une excellente option pour protéger les plantes d'intérieur.
Sous-espèces et souches cibles
Il existe plusieurs sous-espèces et souches de Bacillus thuringiensis, chacune ayant des caractéristiques spécifiques qui déterminent son efficacité contre différents insectes nuisibles.
- B. thuringiensis var. kurstaki (Btk) : Très efficace contre les chenilles de lépidoptères (papillons et mites). C'est le Bt le plus couramment utilisé en jardinage biologique pour cibler des ravageurs comme la pyrale du maïs, la chenille processionnaire du pin ou la piéride du chou. Il s'attaque à toutes les chenilles, donc aux jolis papillons pollinisateurs.
- B. thuringiensis var. israelensis (Bti) : Particulièrement efficace contre les larves de diptères, comme les moustiques, les mouches noires et les moucherons. Le Bacillus thuringiensis variété israelensis, couramment désigné par son acronyme Bti, est une bactérie qui vit naturellement dans les sols. Durant l'étape de sporulation de son cycle de vie, le Bti produit une protéine cristallisée, qui est toxique uniquement pour les larves de moustiques et de mouches noires. Ces cristaux microscopiques sont ingérés par les larves des insectes lorsque celles-ci se nourrissent. Dans le milieu alcalin de l'appareil digestif de ces insectes sensibles, les cristaux se dissolvent et se transforment en molécules protéiques toxiques qui détruisent les parois de l'estomac.
- B. thuringiensis var. tenebrionis (Btt) : Cible principalement les larves de coléoptères, tels que le doryphore de la pomme de terre.
- B. thuringiensis var. aizawai (Bta) : Efficace contre un spectre plus large de lépidoptères, y compris certaines chenilles résistantes au Btk, ainsi que des larves de pyrales.
Différents produits de Bacillus thuringiensis ciblant différents ordres d'insecte peuvent être utilisés ensemble sans compromettre la gestion de la résistance de ceux-ci.
Utilisation en agriculture et jardinage biologique
L'utilisation d'Bacillus thuringiensis dans le contrôle des ravageurs agricoles a révolutionné l’agriculture durable. Il est largement utilisé sous forme de bioinsecticides, disponibles à la fois pour une application directe sur les cultures et incorporés dans des semences génétiquement modifiées (comme les variétés Bt de maïs et de coton). Les agriculteurs biologiques l'utilisent couramment comme alternative naturelle aux pesticides.
Dans le contrôle des chenilles, le Bt est très efficace contre les chenilles qui attaquent les cultures telles que le soja, le maïs, le coton et les légumes. Il ne détruit pas les autres insectes qui peuvent être des auxiliaires bienvenus au jardin (coccinelle, etc.) mais attention, il s'attaque à toutes les chenilles, donc aux jolis papillons pollinisateurs.
Recommandations d'application
Vous trouverez en jardinerie et commerces spécialisés des préparations à pulvériser dont vous devrez vérifier la date de péremption avant l'achat car ils ne se conservent pas très longtemps (1 an maximum). Il est donc inutile d'en stocker d'avance par précaution et inutile de vouloir l'utiliser en prévention. Par ailleurs, Bt ne doit pas être mélangé avec d'autres produits (cuivre, soufre, pyrèthre…) dans le but de s'éviter plusieurs passages. Intervenez uniquement lors de la période d'activité des chenilles en ciblant bien les cultures. Ne pulvérisez que sur les végétaux infestés par des chenilles et n'allez pas pulvériser aux alentours histoire de vider votre bidon.
Protégez-vous avec des gants, bottes, masque, lunettes, voire combinaison, et choisissez une fin de journée sans vent, lorsque la température est redescendue (< à 15°C) pour pulvériser de façon circonscrite au feuillage et aux tiges touchés par les chenilles, en réglant le pulvérisateur sur des gouttelettes très fines. Envisagez d'utiliser un agent mouillant. Les effets de la poudre de Bt prennent du temps à se manifester et peuvent commencer à agir jusqu'à 2 jours après l'ingestion. Par conséquent, il est conseillé d'appliquer de la poudre de Bt quelques jours avant les agents chimiques traditionnels.
Pour le Bti, il est pulvérisé directement sur l'eau où se trouvent des larves de moustiques et de simulies. Les bactéries en suspension dans l'eau sont alors ingérées par les larves. Au Canada, presque tous les produits renfermant du Bti sont des produits de la catégorie à usage « restreint », utilisés contre les larves de simulies et de moustiques dans des milieux aquatiques où l'écoulement de l'eau n'est pas confiné à une petite zone. Il existe aussi des produits à base de Bti à usage commercial, mais qui ne peuvent être utilisés que contre les larves de simulies et de moustiques dans les étangs privés et les étangs artificiels de fermes, où il n'y a pas d'écoulement au-delà des limites de la propriété.
Plantes transgéniques Bt
D'autres risques existent puisque l'industrie agrochimique a développé des plantes transgéniques dites "Bt", c'est-à-dire des OGM avec des gènes codant la toxine insecticide de Bacillus thuringiensis. Dans ce cas, on remarque une persistance du gène en question issu du maïs Bt dans les milieux aquatiques, ou aux alentours des champs ensemencés avec ce maïs OGM. Ces cultures Bt sont utilisées comme bioinsecticides, disponibles à la fois pour une application directe sur les cultures et incorporés dans des semences génétiquement modifiées (comme les variétés Bt de maïs et de coton).
Sécurité et toxicologie
Comparé aux insecticides chimiques, le meilleur insecticide pour plantes d'intérieur agit avec une spécificité élevée, ciblant exclusivement des groupes spécifiques d'insectes. Il ne représente pas un danger pour les humains, les autres animaux ou les oiseaux. De plus, la grande majorité des insectes bénéfiques ne sont pas affectés lorsqu'ils l'ingèrent.
Pour l'homme et les mammifères
La manipulation du Bti ou l'exposition à des produits qui en contiennent, comme lors d'un programme provincial ou municipal de pulvérisation contre les moustiques, présente très peu de dangers directs ou indirects pour la santé humaine. L'activation des toxines du Bti n'est possible qu'en présence des conditions d'alcalinité que l'on retrouve dans l'appareil digestif de certains insectes. L'acidité de l'estomac des humains et des animaux n'active pas les toxines du Bti. Au cours des nombreuses années d'utilisation du Bti, aucun cas humain ou animal d'intoxication ou de dérèglement des fonctions endocrines n'a été signalé ni au Canada, ni à l'étranger. Les études de toxicité aiguë ont démontré que les souches de B. thuringiensis étaient faiblement à légèrement toxiques. La souche ABTS-1857 de B. thuringiensis ssp. aizawai n’était pas infectieuse par voie orale, par voie pulmonaire et par voie intraveineuse. Elle était légèrement irritante pour les yeux.
Le Bacillus thuringiensis est un micro-organisme qui vit à l’état naturel dans les sols. Toute personne qui entre en contact avec le sol risque donc d’y être exposée. Comme on prévoit que le risque pour la santé associé à l’exposition par voie orale, par voie cutanée ou par inhalation sera négligeable, l’EPA a conclu que l’exposition globale par ces voies à des populations du bacille présentes à l’état naturel dans les sols ou par suite de l’utilisation de produits antiparasitaires ne devrait pas poser de risque pour la santé humaine. Les risques pour la santé sont considérés négligeables par l'Agence américaine de protection de l'environnement que l'exposition se fasse par la voie orale, cutanée ou respiratoire.
D’après les éléments probants fournis par les données dont on dispose, aucun effet néfaste sur le système endocrinien ou le système immunitaire ne devrait être associé à la souche ABTS-1857 de B. thuringiensis ssp. aizawai. Dans les publications scientifiques, on ne trouve aucun rapport laissant supposer que la souche ABTS-1857 de B. thuringiensis ssp. aizawai pourrait avoir des effets néfastes sur le système endocrinien des animaux. Les endo-endotoxines du B. thuringiensis doivent leurs effets sur les insectes à un mécanisme bien connu s’amorçant avec leur fixation sur des sites récepteurs particuliers de la membrane cellulaire de l’intestin. Chez les espèces de mammifères, il n’existe pas de site équivalent qui pourrait conduire à de tels effets, et ce, peu importe l’âge des sujets exposés.
En cas d'exposition fortuite au Bti, le citoyen moyen ne devrait ressentir aucun symptôme, et aucune précaution particulière n'est justifiée ni requise. Les personnes qui éprouvent malgré tout certaines craintes à l'égard du Bti devraient prendre des précautions raisonnables afin d'éviter d'être exposées durant un programme de pulvérisation, tout comme elles le feraient pour éviter d'entrer en contact avec le pollen ou d'autres matières aéroportées au cours des journées où des avertissements relatifs à la qualité de l'air sont émis. Ces personnes peuvent réduire le risque d'exposition en demeurant à l'intérieur et en fermant bien leurs portes et fenêtres lorsque des pulvérisations sont effectuées à proximité de leur habitation.
Impact environnemental
Le Bti n'a aucun effet sur les autres insectes comme l'abeille domestique, ni sur les poissons, les oiseaux ou les mammifères. L'Environmental Protection Agency des États-Unis estime que les risques présentés par les souches de Bti pour les organismes non visés sont négligeables à nuls.
L’application de cet insecticide peut exposer les eaux de surface à la bactérie par dérive de pulvérisation. Cependant, selon l’ARLA, les concentrations de la souche ABTS-1857 du Bacillus thuringiensis var. aizawai (la matière active dans XenTari) dans les eaux de surface ne devraient pas poser de risque pour les organismes aquatiques non visés. Les produits homologués contenant du Bti sont principalement destinés à être utilisés par des applicateurs formés, dans le cadre de programmes provinciaux et municipaux de pulvérisation contre les moustiques et les simulies. Les restrictions sur les étiquettes de ces produits ne permettent leur application que sur les sites aquatiques où il y a présence de larves de moustiques et de simulies, et non sur de l'eau potable traitée. Aucun des produits à base de Bti ne peut être appliqué sur l'eau potable traitée. Vu l'absence de risque pour la santé humaine et un long passé d'utilisation, sans aucun danger, du Bti et d'autres variétés de Bt, l'ARLA estime que la pulvérisation de produits homologués contenant un Bt sur des nappes d'eau servant à la consommation humaine ne présente aucun danger pour la santé humaine ni pour la sécurité en général.
Les toxines produites par Bacillus thuringiensis peuvent persister dans les sols pour plusieurs mois. Par contre, les demi-vies typiques des produits de Bacillus thuringiensis sont de 1 à 4 jours sur le feuillage. Les spores produites par ce microorganisme peuvent persister dans l’environnement, mais elles ne sont pas toxiques.
Réglementation et évaluation
Avant que la vente, l'utilisation ou l'importation d'une nouvelle formulation de Bti soient autorisées au Canada, celle-ci doit faire l'objet d'une évaluation selon des protocoles scientifiques reconnus universellement visant à établir si elle peut causer une irritation ou une sensibilisation au niveau des yeux ou de la peau ou des effets toxiques aigus. L'Agence de réglementation de la lutte antiparasitaire (ARLA) doit, avant d'accepter l'utilisation d'un produit antiparasitaire au Canada, s'assurer qu'il ne présente aucun danger pour la santé humaine ou l'environnement. Les fabricants sont tenus de fournir à l'Agence les données analytiques complètes de la formulation du produit, ainsi que l'information complète sur la santé et l'environnement, de façon à permettre aux scientifiques de l'ARLA de procéder à l'évaluation des risques. L'ARLA est responsable de la classification des produits antiparasitaires au Canada et elle a classé presque tous les produits à base de Bti, utilisés contre les larves de moustiques et de simulies, dans la catégorie à usage « restreint », car ils ne peuvent être pulvérisés que sur l'eau où se trouvent les larves. Les provinces ont établi des critères pour la certification des applicateurs, et la plupart d'entre elles exigent que les applicateurs qui utilisent des produits à usage restreint soient certifiés.
En plus du Bti, matière active, d'autres substances (produits de formulation) entrent dans la composition du produit final. Les titulaires d'homologation de produits antiparasitaires sont tenus de déclarer à l'ARLA tous les produits de formulation utilisés dans leurs préparations. L'information sur les produits de formulation est considérée comme un secret commercial, et la divulgation de ce type d'information au public est interdite en vertu de la Loi sur l'accès à l'information et sur la protection des renseignements personnels. Les produits de formulation présents dans un produit antiparasitaire font l'objet d'un examen afin de déterminer s'ils présentent un risque toxicologique ou sont à l'origine de possible signes d'irritation.
Différentes variétés de Bt, y compris le Bti, ont été largement utilisées, depuis de nombreuses années, au Canada et aux États-Unis, dans le cadre de programme de lutte contre les insectes, et leur dossier de sécurité a toujours été excellent. Le poids de la preuve montre que le Bti est non infectieux et non toxique pour l'homme et les autres mammifères et qu'il ne présente qu'un faible risque aux doses permises pour les programmes de lutte contre les insectes. De plus, la gamme d’essais de toxicité et de pathogénicité aiguës est suffisante pour réaliser une évaluation adéquate du risque posé par les agents antiparasitaires microbiens. En conséquence, l’EPA a conclu qu’il était raisonnable de penser que l’exposition par voie alimentaire à des résidus de B. thuringiensis ne posait pas de problème pour la santé humaine.
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