Les bactéries sont depuis longtemps reconnues comme de minuscules centrales électriques, mais les scientifiques comprennent désormais mieux comment elles captent le dioxyde de carbone – des connaissances qui pourraient révolutionner les solutions au changement climatique. Des chercheurs de l’Université de Liverpool et de l’Université de Newcastle ont déchiffré le code des carboxysomes, des compartiments microscopiques à l’intérieur des bactéries qui agissent comme des usines miniatures de capture du carbone.
Leur étude révolutionnaire, publiée dans les Actes de l’Académie nationale des sciences, révèle la structure complexe de ces « nanomachines » avec des détails sans précédent. Les carboxysomes sont essentiels au cycle mondial du carbone car ils concentrent et convertissent le CO₂ en formes utilisables, permettant à de nombreuses bactéries de prospérer même dans des environnements où ce gaz vital est rare.
Pendant des décennies, les scientifiques ont eu du mal à déterminer exactement comment une enzyme clé des carboxysomes, appelée anhydrase carbonique (CsoSCA), s’assemble et fonctionne à l’intérieur de ces compartiments protéiques.
En utilisant des techniques de pointe comme la cryomicroscopie électronique – prenant essentiellement des « instantanés » ultra-détaillés de molécules à une résolution proche de l’atome – l’équipe a visualisé CsoSCA à partir d’une bactérie modèle appelée Halothiobacillus neapolitanus. Ils ont découvert que l’enzyme forme une structure hexagonale inhabituelle (comme six cercles joints) et qu’elle est enfermée dans l’enveloppe du carboxysome grâce à des interactions flexibles et non spécifiques avec les protéines de l’enveloppe. Cette découverte a remis en question les hypothèses antérieures sur la façon dont cette enzyme était ancrée en place.
L’étude a également révélé un lien surprenant entre CsoSCA et Rubisco, une autre enzyme cruciale impliquée dans la fixation du CO₂. Cette interaction suggère que les bactéries ont développé une approche modulaire de « boîte à outils » pour construire ces machines de capture du carbone, optimisant leur efficacité en disposant soigneusement les enzymes dans le carboxysome.
Ingénierer les conceptions de la nature pour un avenir durable
Comprendre ce processus d’assemblage complexe fournit un modèle pour la bio-ingénierie et l’innovation climatique. Imaginez exploiter la puissance de ces nanomachines naturelles pour :
- Augmenter les rendements des cultures : Améliorer la fixation du CO₂ dans les plantes, entraînant une augmentation de la production agricole et atténuant potentiellement les problèmes de sécurité alimentaire liés au changement climatique.
- Concevoir des matériaux innovants : Créez des nanomatériaux de conception qui agissent comme des catalyseurs hautement efficaces pour divers processus industriels, réduisant ainsi la dépendance aux combustibles fossiles.
- Développer des biocapteurs de nouvelle génération : Construisez des biocapteurs sensibles capables de détecter et de surveiller les niveaux de CO₂ dans l’environnement ou au sein des systèmes biologiques.
Bien que cette recherche fournisse une compréhension fondamentale de l’organisation des carboxysomes, des recherches plus approfondies exploreront le fonctionnement de ces minuscules usines dans les cellules vivantes et optimiseront les carboxysomes synthétiques pour des applications réelles.
En combinant des techniques d’imagerie avancées avec une ingénierie moléculaire sophistiquée, les chercheurs visent à affiner ces modèles et à développer des coquilles artificielles capables d’encapsuler des concentrations encore plus élevées d’enzymes catalytiques, libérant ainsi tout le potentiel de l’ingénieuse technologie naturelle de capture du carbone pour un avenir plus durable.
