image: Cyanophycin biosynthesis looks like a windshield wiper in action: one domain is responsible for adding aspartate (Asp), a second domain is responsible for adding arginine (Arg), two nitrogen-rich amino acids, and the third domain holds on to the growing chain of cyanophycin. view more
Credit: Schmeing Lab
Tout comme nous acquérons des provisions de nourriture ou des piles de rechange, les bactéries sont capables de faire des réserves qu’elles consomment en cas de disette. Les granules de cyanophycine font partie de ces provisions. C’est un scientifique italien qui, pour la première fois, il y a environ 150 ans, en a remarqué l’existence. Alors qu’il étudiait les algues bleu-vert, aussi appelées cyanobactéries, il a noté la présence de grosses taches sombres dans leurs cellules, sans toutefois en comprendre le rôle.
Depuis, les scientifiques ont compris que la cyanophycine est composée d’un polymère vert naturel que les bactéries utilisent comme une réserve d’azote et d’énergie, et dont les potentielles applications biotechnologiques seraient nombreuses. Malgré des tentatives de production de grandes quantités de cyanophycine en combinant l’enzyme responsable de sa catalysation (la cyanophycine synthétase) avec toutes sortes de biomatériaux, des bactéries E. coli au tabac, les résultats restaient décevants.
Ce sont des chercheurs de l’Université McGill qui viennent pour la première fois d’observer l’enzyme en action, grâce à l’alliance de deux techniques de pointe, soit la cryomicroscopie électronique (à l’Installation de recherche en microscopie électronique) et la radiocristallographie.
« Aucun scientifique n’était encore parvenu à comprendre comment les cellules des bactéries pouvaient fixer de l’azote dans la cyanophycine, tout simplement parce que personne n’avait été en mesure d’observer le processus, explique Martin Schmeing, professeur au Département de biochimie de McGill et auteur principal d’un récent article sur le sujet, paru dans Nature Chemical Biology. C’est en effectuant un montage d’images en 3D de l’enzyme en action que nous avons reconstitué le processus. Nous avons alors pu voir comment trois différentes unités structurelles (domaines) s’assemblaient pour produire de la cyanophycine synthétase. C’est un exemple à la fois étonnant et très élégant de biomécanique naturelle. »
Les prochaines étapes de l’étude concernent les autres enzymes interpellés dans le cycle complet de biosynthèse et de dégradation de la cyanophycine. L’observation de ce cycle permettra peut-être aux chercheurs de comprendre comment stimuler des cellules afin qu’elles synthétisent de grandes quantités de cyanophycine et de polymères de la même famille afin de les utiliser dans des processus biotechnologiques verts, comme la création d’agents biodégradables pour adoucir et détartrer l’eau ou la mise au point de nanovésicules sensibles à la chaleur pour la délivrance ciblée de médicaments.
L’article « Structures and function of the amino acid polymerase cyanophycin synthetase », par Itai Sharon et coll. a été publié dans dans Nature Chemical Biology. DOI : 10.1038/s41589-021-00854-y
Cette étude a été financée par la Chaire de recherche du Canada, le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada et par le Fonds national suisse de la recherche scientifique.
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Journal
Nature Chemical Biology
Method of Research
Experimental study
Subject of Research
Cells
Article Title
Structures and function of the amino acid polymerase cyanophycin synthetase
Article Publication Date
12-Aug-2021