Plusieurs champignons, tels que Agrocybe semiorbicularis, Auricularia auricula, Coriolus versicolor, Dichomitus squalens, Flammulina velupites, Hypholoma fasciculare, Pleurotus ostreatus, Phanerochaete velutina, et Stereum hirsutum ont montré la capacité de dégrader divers herbicides comme l’atrazine, le diuron, et la terbuthylazine avec différentes efficacités . Coriolus versicolor, Hypholoma fasciculare, et Stereum hirsutum ont dégradé plus de 86% du diuron, de l’atrazine, et de la terbuthylazine en 6 semaines. Ils étaient également les plus actifs dans la production d’enzymes ligninolytiques. Cependant, la capacité du WRF à dégrader les herbicides aromatiques, le diuron, l’atrazine et la terbuthylazine, n’a pas été corrélée avec leur activité ligninolytique déterminée dans le test de décoloration Poly R-478 (qui est utilisé comme indicateur de l’activité ligninolytique). L’explication possible de ces résultats est la différence des profils de LME produits par les champignons dans les cultures liquides. Il est intéressant de noter que dans le cadre d’essais sur le terrain, la souche la plus efficace S. hirsutum était inactive dans la dégradation de l’herbicide et les autres souches C. versicolor et H. fasciculare ont démontré 30% de dégradation du chloropyriphos en 6 semaines .

Les champignons de pourriture blanche Phanerochaete chrysosporium et Trametes versicolor ont converti jusqu’à 35-40% du dicétonitrile (un produit de transformation du sol de l’herbicide isoxaflutol) en analogue inactif de l’acide benzoïque après 15 jours dans des conditions stationnaires sur des milieux liquides . Le niveau d’enzymes ligninolytiques, telles que les laccases, produites pendant la fermentation semblait être corrélé avec la dégradation de l’herbicide, confirmant le rôle de ces enzymes dans les processus de dégradation. Cependant, les auteurs ont souligné que l’induction de la production de laccase multipliée par six via l’ajout de 2,5-xylidine n’a pas conduit à une augmentation significative du clivage du dicétonitrile.

Il a été démontré que Coriolus hirsutus, Cerrena maxima, Coriolopsis fulvocinerea, et la coculture Coriolus hirsutus/Cerrena maxima peuvent dégrader l’atrazine en culture submergée ; l’élimination de l’herbicide était de 77-91% après 40 jours de culture. Il est intéressant de mentionner que des quantités négligeables d’atrazine ont été trouvées absorbées par le mycélium. L’activité de la laccase était assez élevée, ce qui permet de proposer la participation de la laccase dans la dégradation de l’atrazine par ces champignons. Cette hypothèse a été soutenue par l’étude de la dégradation de l’atrazine en présence d’inducteurs de laccase (guayacol et syringaldezine) en culture submergée. L’efficacité de la dégradation de l’herbicide était plus élevée dans les cultures induites de 78 à 98% et le plus haut niveau d’élimination de l’atrazine a été atteint pour Coriolopsis fulvocinerea en utilisant le guaiacol comme inducteur.

Hiratsuka et al. ont rapporté que Coriolus versicolor IFO 30340 a dégradé 30% du chloronitrofène (CNP) et 80% du nitrofène (NIP) après 12 jours de culture en conditions stationnaires sur des milieux liquides. Le taux de dégradation des herbicides dépendait de la concentration d’azote dans le milieu et était plus élevé dans des conditions de faible teneur en azote, ce qui suggère que le système de dégradation de la lignine était responsable de la dégradation des herbicides. Cependant, le LiP, le MnP, et la laccase ainsi que le filtrat de culture n’ont pas oxydé les herbicides. Ni le chloronitrofen ni le nitrofen n’ont été oxydés par le système laccase – médiateur redox utilisant le HBT, qui est un médiateur redox de laccase bien connu. Ces résultats permettent de conclure que les enzymes ligninolytiques extracellulaires ne sont pas impliquées dans l’étape initiale de la dégradation du CNP ou du NIP par Coriolus versicolor IFO 30340. L’identification séquentielle des produits formés au cours du métabolisme du CNP et de ses intermédiaires par C. versicolor a permis aux auteurs de proposer quatre voies différentes pour la dégradation du CNP : l’hydroxylation aromatique, la déchloration oxydative, la déchloration réductive et la réduction du groupe nitro en amine. On a supposé que l’hydroxylation aromatique pour former l’éther 2,4,6-trichloro-3-hydroxy-4′-nitrodiphénylique et la déchloration oxydative pour former l’éther 2,4-dichloro-6-hydroxy-4′-nitrodiphénylique étaient catalysées par une ou plusieurs enzymes de type cytochrome P450, car ces voies étaient efficacement désactivées par l’ajout exogène de butoxyde de pipéronyle, un inhibiteur du P450. La conversion du CNP en NIP par Coriolus versicolor IFO 30340 devrait être une déchloration réductrice. Des réactions de déchloration réductrice ont été impliquées dans la dégradation du pentachlorophénol par P. chrysosporium . Le CNP a également été converti en éther 2,4,6-trichloro-4′-aminodiphénylique par C. versicolor. La déchloration réductrice et les réactions de nitro-réduction ont également été trouvées comme réactions initiales dans la dégradation du CNP, qui ont été renforcées par l’ajout de l’inhibiteur du cytochrome P450. L’hydroxylation aromatique et la déchloration oxydative ont également été observées lors de la conversion fongique du PNI ; Cependant, les produits formés n’ont pas été identifiés – on a supposé qu’il s’agissait respectivement de l’éther 2, 4-dichloro-3-hydroxy-4′-nitrodiphénylique ou de l’éther 2, 4-dichloro-6-hydroxy-4′-nitrodiphénylique et de l’éther 2-chloro-4-hydroxy-4′-nitrodiphénylique ou de l’éther 2-hydroxy-4-chloro-4′-nitrodiphénylique. La conversion fongique du NIP a également été efficacement inhibée par le butoxyde de pipéronyle.

Sur la base du résultat obtenu, les auteurs ont supposé que le cytochrome P450 jouait un rôle important en abaissant le potentiel d’ionisation des aromatiques persistants dans l’environnement et en fournissant des substrats appropriés aux enzymes oxydantes à un électron ligninolytiques pour une dégradation efficace. Lorsque l’éther diphénylique, l’éther 4-chlorodiphénylique et l’éther 4-nitrodiphénylique ont été ajoutés à la culture fongique, l’éther 4-hydroxydiphénylique, l’éther 4-chloro-4′-hydroxydiphénylique et l’éther 4-nitro-4′-hydroxydiphénylique ont été identifiés comme les principaux produits, respectivement. Le 4-chlorophénol et le 4-nitrophénol ont été détectés à l’état de traces à partir de l’éther 4-chlorodiphénylique et de l’éther 4-nitrodiphénylique, respectivement, mais la contrepartie, l’hydroquinone, n’a pas été observée. Ces données suggèrent que la formation de produits phénoliques à partir de l’anneau A ou B du CNP pourrait être dérivée par une voie différente, et que le clivage direct de l’éther pourrait ne pas avoir eu lieu. Ces résultats ont donné la preuve que les champignons dégradaient les herbicides par différentes voies en utilisant leurs multiples systèmes métaboliques.

Ganoderma lucidum s’est montré résistant aux herbicides diuron et bentazon : les limites supérieures étaient de 80 µM et 20 mM, respectivement. Ce résultat peut être expliqué par une toxicité plus élevée des métabolites formés lors de la transformation du diuron. Il a été signalé précédemment que certains des métabolites résultant de la transformation fongique du diuron peuvent être encore plus toxiques que le composé parent. G. lucidum a été capable d’éliminer efficacement 55% du diuron et 88% du bentazon après 10 jours de culture en milieu liquide. Le bentazon et le diuron ont tous deux fortement amélioré la production de laccase par le champignon en induisant l’une des deux isoformes de laccase. L’analyse PAGE native des enzymes extracellulaires a révélé que l’amélioration de l’activité laccase en réponse aux herbicides n’était pas due à l’expression d’une nouvelle laccase, mais qu’elle était due à la surproduction d’une isoforme déjà existante dans les cultures non induites. Des résultats similaires ont été obtenus avec Trametes versicolor et Abortiporus biennis , où leurs laccases constitutives ont été surproduites en présence de paraquat, un herbicide à azote quaternaire. L’analyse électrophorétique des enzymes extracellulaires du G. lucidum a montré que la laccase1 était l’enzyme dominante dans des conditions non induites. Il est intéressant de noter que les herbicides n’ont induit que l’isoforme laccase2 alors que la laccase1 a été supprimée dans ces cultures. Ces résultats suggèrent que la laccase2 est, probablement, l’isoforme plus intensément impliquée dans le système de défense du champignon, étant donné que les deux herbicides ont fortement inhibé la croissance du champignon. Ces observations montrent que ces types d’enzymes ont, au moins en partie, un rôle important dans la dégradation des polluants dans des conditions in vivo.

L’étude comparative de la dégradation de l’herbicide bentazon par Ganoderma lucidum dans des cultures liquides et à l’état solide en utilisant l’épi de maïs comme substrat a été réalisée . Le champignon était plus résistant à l’herbicide et plus efficace dans sa dégradation dans les cultures à l’état solide par rapport aux cultures liquides : 50 mM contre 20 mM et 90% contre 55%, respectivement. Les auteurs ont proposé deux explications possibles, qui ne s’excluent pas mutuellement : une plus faible disponibilité de l’herbicide en raison de son adsorption sur le substrat insoluble qu’est l’épi de maïs pour cette observation et les activités plus élevées de laccase et de peroxydase Mn dans les cultures à l’état solide par rapport aux cultures liquides, où une activité laccase élevée a été détectée. Cependant, aucun produit métabolique n’a été trouvé dans les extraits aqueux et méthanoliques combinés. Le G. lucidum contenant de la laccase et de la Mn peroxydase ont dégradé le bentazon in vitro. Les expériences avec l’addition de Mn2+, ABTS, Tween 80, et H2O2 aux filtrats bruts ont démontré des synergies dans la dégradation du bentazon, suggérant que la laccase et la Mn peroxydase étaient impliquées dans sa dégradation. Il est bien connu que l’ABTS sert de médiateur pour l’oxydation des composés non phénoliques de la lignine et que la présence d’acides gras insaturés (Tween 80) améliore le processus d’oxydation catalysé par les Mn peroxydases et les laccases en raison de la production de radicaux peroxydes ou alcoxyles lipidiques. Le mécanisme hypothétique de dégradation du bentazon peut être le suivant : la Mn peroxydase et la laccase génèrent des radicaux peroxyles ou alkoxyles lipidiques ; en présence de ces radicaux, la Mn peroxydase oxyde Mn2+ en Mn3+, qui à son tour oxyde le bentazon, tandis que la laccase utilise l’ABTS comme médiateur redox pour l’oxydation du bentazon. Cependant, aucune dégradation du picloram G. lucidum et Trametes sp. n’a été observée dans les cultures liquides, peut-être en raison de sa forte substitution du cycle aromatique . Cet herbicide a augmenté la production de laccase par Trametes sp. alors que la production d’enzyme par G. lucidum a été supprimée. Les auteurs ont supposé que l’inhibition de la production d’enzymes pouvait se produire au niveau de l’ARNm après la pénétration du picloram dans la cellule ou par modification de l’enzyme avant ou après la sécrétion. L’exposition de G. lucidum et de Trametes sp. au picloram a révélé un mécanisme particulier de bioaccumulation transitoire de l’herbicide par les deux champignons.

Le WRF le plus étudié est P. chrysosporium, qui s’est révélé capable de dégrader une large gamme d’herbicides dans différentes conditions. Le MCPA et le bentazon ont été dégradés par P. chrysosporium à 65% et 75%, respectivement, en 20 jours . P. chysosporium a dégradé l’isoproturon appartenant au groupe des phénylurées, l’atrazine et le diuron. Cependant, selon , aucune dégradation de l’atrazine n’a été observée par ce champignon dans les cultures liquides. L’efficacité de dégradation de P. chrysosporium était plus élevée dans les cultures à l’état solide que dans les cultures liquides. Deux mécanismes de dégradation des herbicides ont été proposés : l’action des enzymes ligninolytiques et l’action des enzymes intracellulaires en particulier le cytochrome P450. En , la dégradation du diuron par P. chrysosporium a été étudiée, y compris l’identification des produits formés et l’évaluation du rôle du cytochrome P450. Deux résultats ont été d’une grande importance : les quantités considérables de diuron, DCPMU et DCPU trouvées dans les mycéliums frais et l’inhibition de la dégradation du diuron par ABT (1-aminobenzotriazole), un inhibiteur du cytochrome P450. Ces résultats ont confirmé le mécanisme intracellulaire de dégradation de cet herbicide résultant de la N-déméthylation. Cependant, après 5 jours, les concentrations de DCPMU et DCPU étaient plus élevées dans les filtrats de culture que dans les extraits de mycélium, ce qui suggère l’implication possible d’enzymes lignolytiques dans la dégradation de ces métabolites. Selon da Silva Coelho-Moreira et al, les extraits bruts enzymatiques fournis avec des combinaisons d’alcool veratryl H2O2 et Mn2+ n’ont pas dégradé l’herbicide, il est possible que le DCPMU et le DCPU puissent être transformés davantage par MnP.

P. chrysosporium est également capable de transformer l’atrazine, son produit de transformation et d’autres herbicides s-triazine . La première et principale étape de la voie de dégradation des s-triazines chlorées par le champignon était la mono-N-désalkylation. L’hydroxyatrazine était le principal produit de dégradation trouvé dans les sols traités à l’atrazine et dans les cultures liquides. P. chrysosporium a activement transformé l’hydroxyatrazine en un composé inconnu qui s’est accumulé dans le milieu de culture. Il a été établi que la présence de groupes alkyle et de chlore en position 2 est nécessaire pour la mono N-désalkylation de l’atrazine par P. chrysosporium. Par conséquent, la formation de la déséthylhydroxyatrazine dans les cultures liquides devrait résulter de l’hydrolyse de la déséthylatrazine. Des expériences avec la terbuthylazine, l’atrazine et la simazine montrent également que l’élimination de la chaîne latérale éthyle est la réaction préférentielle, et qu’elle pourrait dépendre de la masse du second groupe alkyle. En d’autres termes, on s’attend à ce que les composés ayant un groupe de masse élevée lié à un substituant amino subissent une N-désalkylation plus importante affectant l’autre chaîne. Les composés symétriques propazine et simazine ont également été dégradés à un rythme plus lent que l’atrazine. Ni les LiP ni les MnP n’ont transformé l’atrazine et ses métabolites N-désalkylés. Il a été montré que la N-désalcination de l’atrazine diminuait en présence d’un inhibiteur du cytochrome P450. De plus, la dégradation de l’herbicide était soutenue par le mycélium. Par conséquent, l’implication du cytochrome P450 dans la dégradation de l’atrazine a été supposée. Ces données sont conformes à l’étude publiée précédemment sur la dégradation de l’atrazine par Pleurotus pulmonarius, qui impliquait des enzymes comme la lipoxygénase, la peroxydase et le cytochrome P-450. Le Mn2+, qui active ces enzymes, a stimulé la transformation de l’atrazine en métabolites N-désalkylés et propylhydroxylés tandis que les antioxydants et les inhibiteurs de la lipoxygénase et de la peroxydase (acide nordihydroguaiarétique) ainsi que du cytochrome P-450 (butoxyde de pipéronyle) ont supprimé sa dégradation.

Pour analyser les données présentées dans le tableau 2, le taux de disparition des herbicides a été calculé comme le rapport entre la disparition (%) et la durée de dégradation (jours), suivi d’un calcul de la valeur moyenne pour chaque herbicide (Fig. 1). Compte tenu de l’effet des conditions de culture sur la dégradation des herbicides par les champignons, seules les données relatives aux conditions stationnaires sur milieu liquide ont été traitées de cette manière.

Les résultats obtenus correspondent bien à l’étude , où il a été établi que la présence de groupes alkyle est nécessaire pour la dégradation des herbicides s-triazine par P. chrysosporium via la mono N-déalkylation. De plus, la capacité des champignons WRF à dégrader les s-triazines semble s’améliorer avec l’augmentation de la quantité de groupes alkyle exactement ramifiés. Cependant, des études quantitatives détaillées sur la structure et l’activité de dégradation doivent être menées pour prouver ou réfuter cette observation préliminaire. Une autre conclusion importante est l’influence négative marquée du chlore dans la molécule d’herbicide sur la vitesse de dégradation, ce qui peut être observé en comparant la vitesse de dégradation du nitrofène (un atome de chlore) et du clornitrofène (trois atomes de chlore) et la vitesse de dégradation la plus élevée du bentazon, qui est le seul herbicide sans chlore dans la gamme présentée (Fig. 1). Par conséquent, les données présentées dans la figure 1 démontrent clairement la nécessité absolue de poursuivre les études QSAR. Avec la connaissance des principales voies enzymatiques de la dégradation des herbicides, ces dernières amélioreront considérablement l’évaluation préliminaire de la capacité de dégradation du WRF par rapport à l’herbicide de structure connue.

Les données contradictoires sur la participation des enzymes ligninolytiques dans la dégradation et la transformation des herbicides n’ont pas permis d’établir leur rôle précis dans ces processus. Nous avons résumé les données sur l’efficacité des enzymes ligninolytiques individuelles, leurs mélanges, et les systèmes enzymes – médiateur redox dans la dégradation des herbicides dans le tableau 3. Comme on peut le voir, aucune dégradation du dicétonitrile, du diuron, de l’atrazine, du chloronitrofène, du nitrofène, du glyphosate n’a été observée pour les extraits bruts de MnP et LiP et les enzymes purifiées de P. chrysosporium, Trametes versicolor, et Coriolus versicolor même en présence de médiateurs redox. Cependant, MnP de P. chrysosporium a dégradé l’Irgarol 1081 jusqu’à 37% après 24 h et LiP de P. chrysosporium a dégradé le bentazon jusqu’à 100% après 4 h . De plus, le bentazon a été efficacement transformé par la laccase avec le catéchol, la laccase, et les extraits bruts de MnP avec le médiateur redox ABTS, MnP recombinant . L’analyse des données résumées dans le tableau 3 permet de conclure que les systèmes MnP, laccase, et laccase – médiateur redox sont les outils les plus efficaces pour la dégradation d’une large gamme d’herbicides – dicétonitrile, glyphosate, Pesticide Mix 34, chloroxuron, atrazine, et dymron , cependant, avec quelques exceptions, à savoir, choronitrofen et nitrofen . Il faut souligner que l’efficacité des systèmes laccase – médiateur redox envers différents herbicides dépend fortement du médiateur redox utilisé, qui à son tour dépend des mécanismes d’oxydation des médiateurs par l’enzyme et de la réactivité des intermédiaires des médiateurs.

Dans l’étude de la dégradation de l’atrazine avec de la laccase purifiée de Coriolopsis fulvocinerea, aucune dégradation de l’herbicide n’a été observée (Koroleva & Gorbatova, données non publiées). Le criblage des médiateurs redox (syringaldezine, PF6, , HBT) a révélé que seul le HBT provoquait la diminution de la concentration d’atrazine dans le système laccase-atrazine-redox-médiateur. Une étude plus détaillée des composants du système modèle « atrazine/laccase/HBT » a montré que le HBT lui-même réagissait directement avec l’atrazine et d’autres dérivés chlorés de l’atrazine, sans intervention de laccase, et n’interagissait pas avec les dérivés hydroxylés de l’atrazine. Il est connu que le HBT en solution aqueuse peut passer sous forme ionique. Par conséquent, il a été suggéré que deux produits peuvent se former, tous deux constitués de HBT et d’atrazine, avec la formation de liaisons (-N-O-C-) en position (2) de l’atrazine. L’addition de laccase à une solution de HBT/Atr a entraîné la formation de plusieurs produits, l’un d’entre eux ayant un temps de rétention correspondant à celui du composé HBT-Atr. Dans les réactions enzymatiques, deux autres produits se sont formés avec des temps de rétention de 15,3 min et 19,4 min, qui ont été identifiés comme étant la dééthylatrazine (DEA) et le composé formé par l’interaction de la DEA et du HBT. Ainsi, l’ajout d’une enzyme a entraîné la formation de nouveaux produits différents de ceux formés lors de la réaction du HBT avec l’atrazine. Le système modèle  » atrazine/laccase/HBT  » a été étudié à différents rapports molaires atrazine/médiateur (9:1 à 1:9) et à deux concentrations différentes d’enzyme (0,02 μm et 1,0 μm). La conversion la plus profonde de l’atrazine – jusqu’à 70 % en 10 jours – a été observée pour un rapport HBT/Atr de 9/1 et une concentration d’enzyme de 0,02 μm. La résonance magnétique nucléaire du proton (1H-NMR) et la HPLC-MS/MS ont permis de confirmer l’identification des produits dans les systèmes modèles  » Atr/HBT  » et  » Atr/HBT/laccase  » : la formation d’Atr-HBT dans le système  » Atr/HBT « , et de DEA et DEA-HBT dans le système  » Atr/HBT/laccase « . L’Atr-HBT existait sous deux formes : protonée (M.W. 315 g/mol) et diprotonée (M.W. 316 g/mol). Dans la réaction « Atr/HBT/laccase », il se forme de la DEA, ainsi que des formes protonées (M.W. 287 g/mol) et diprotonées (M.W. 288 g/mol) du produit DEA-HBT. Sur la base des données obtenues pour les cinq structures établies des produits, nous avons proposé le schéma d’oxydation de l’atrazine par le système « laccase/HBT » (Fig. 2), qui comprend des étapes non enzymatiques et enzymatiques (Fig. 3).

Pendant l’étape non enzymatique, un produit constitué d’atrazine et de HBT est formé. Comme les substrats et les produits du système « Atr/HBT » sont en équilibre, l’ajout de laccase à la réaction provoque l’oxydation du HBT et la formation du radical HBT. Le radical HBT réagit avec le composé Atr-HBT et déclenche la dissociation des liaisons (-NH-CH-), ce qui entraîne la formation de DEA-HBT et d’alcool éthylique. À son tour, le DEA-HBT se décompose pour former deux produits : DEA et HBT. La capacité du HBT à former des formes tautomères et à réagir directement avec l’atrazine suggère que le HBT se dégraderait dans le mélange réactionnel. Cependant, selon le schéma proposé, pendant l’hydrolyse de DEA-HBT, DEA et HBT se sont formés. Cela peut être l’une des raisons de l’efficacité du HBT en tant que médiateur redox dans le système laccase – médiateur redox.

Le fort potentiel des WRF ainsi que de leurs enzymes ligninolytiques dans la transformation des herbicides est bien documenté. Néanmoins, les mécanismes de dégradation et les voies de dégradation de nombreux herbicides ne sont toujours pas explorés. Des études supplémentaires sont nécessaires pour élucider le mécanisme de dégradation des herbicides par le WRF et les enzymes ligninolytiques et identifier les métabolites formés.