La découverte du fonctionnement d’une enzyme essentielle « cachée dans le modèle de la nature » apporte un nouvel éclairage sur la manière dont les cellules contrôlent les processus clés de la fixation du carbone, un processus fondamental pour la vie sur Terre.
La découverte, faite par des scientifiques de l’Université nationale australienne (ANU) et de l’Université de Newcastle (UoN), pourrait aider à concevoir des cultures résilientes au climat, capables d’aspirer plus efficacement le dioxyde de carbone de l’atmosphère, contribuant ainsi à produire davantage de nourriture.
La recherche, publié dans Avancées scientifiquesdémontre une fonction jusqu’alors inconnue d’une enzyme appelée anhydrase carbonique carboxysomale (CsoSCA), présente dans les cyanobactéries, également appelées algues bleu-vert, pour maximiser la capacité des micro-organismes à extraire le dioxyde de carbone de l’atmosphère.
Les cyanobactéries sont communément connues pour leurs proliférations toxiques dans les lacs et les rivières. Mais ces petits insectes bleu-vert sont répandus et vivent également dans les océans du monde.
Bien qu’ils puissent constituer un danger pour l’environnement, les chercheurs les décrivent comme de « minuscules super-héros du carbone ». Grâce au processus de photosynthèse, ils jouent un rôle important en capturant environ 12 % du dioxyde de carbone mondial chaque année.
Premier auteur et doctorat. le chercheur Sacha Pulsford, de l’ANU, décrit à quel point ces micro-organismes sont remarquablement efficaces pour capturer le carbone.
« Contrairement aux plantes, les cyanobactéries disposent d’un système appelé mécanisme de concentration du dioxyde de carbone (CCM), qui leur permet de fixer le carbone de l’atmosphère et de le transformer en sucres à un rythme beaucoup plus rapide que les plantes et les espèces cultivées standards », a déclaré Mme Pulsford.
Au cœur du CCM se trouvent de grands compartiments protéiques appelés carboxysomes. Ces structures sont responsables de la séquestration du dioxyde de carbone, abritant le CsoSCA et une autre enzyme appelée Rubisco. Les enzymes CsoSCA et Rubisco travaillent à l’unisson, démontrant la nature hautement efficace du CCM. Le CsoSCA travaille à créer une concentration locale élevée de dioxyde de carbone à l’intérieur du carboxysome que Rubisco peut ensuite engloutir et transformer en sucres que la cellule peut manger.
L’auteur principal, le Dr Ben Long de l’UoN, a déclaré : « Jusqu’à présent, les scientifiques ne savaient pas exactement comment l’enzyme CsoSCA était contrôlée. Notre étude s’est concentrée sur la résolution de ce mystère, en particulier chez un groupe majeur de cyanobactéries trouvées à travers le monde. Ce que nous avons découvert était complètement inattendu. .
« L’enzyme CsoSCA danse au rythme d’une autre molécule appelée RuBP, qui l’active comme un interrupteur. Pensez à la photosynthèse comme à la préparation d’un sandwich. Le dioxyde de carbone de l’air est la garniture, mais une cellule photosynthétique doit fournir le pain. C’est le RuBP. Tout comme vous avez besoin de pain pour faire un sandwich, la vitesse de transformation du dioxyde de carbone en sucre dépend de la rapidité avec laquelle le RuBP est fourni.
« La rapidité avec laquelle l’enzyme CsoSCA fournit du dioxyde de carbone à Rubisco dépend de la quantité de RuBP présente. Lorsqu’il y en a suffisamment, l’enzyme est activée. Mais si la cellule manque de RuBP, l’enzyme est désactivée, ce qui rend le système hautement réglé. et efficace, l’enzyme CsoSCA a toujours été intégrée dans le modèle de la nature, attendant d’être découverte. »
Les scientifiques affirment que la conception de cultures plus efficaces pour capturer et utiliser le dioxyde de carbone donnerait un énorme coup de pouce au secteur agricole en améliorant considérablement le rendement des cultures tout en réduisant la demande d’engrais azotés et de systèmes d’irrigation. Cela garantirait également que les systèmes alimentaires mondiaux soient plus résilients face au changement climatique.
Mme Pulsford a déclaré : « Comprendre le fonctionnement du CCM enrichit non seulement notre connaissance des processus naturels fondamentaux pour la biogéochimie de la Terre, mais peut également nous guider dans la création de solutions durables à certains des plus grands défis environnementaux auxquels le monde est confronté. »
Plus d’information:
Sacha Pulsford et al, L’anhydrase carbonique α-carboxysome cyanobactérienne est régulée de manière allostérique par le substrat Rubisco RuBP, Avancées scientifiques (2024). DOI : 10.1126/sciadv.adk7283. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk7283