Des protéines adaptées au froid renforcent la protection contre le gel
Les enzymes adaptées au froid qui conservent une activité spécifique élevée à des températures faibles présentent un intérêt pour diverses applications biotechnologiques telles que le développement de détergents et la transformation des aliments. Les protéines se fixant à la glace protègent les organismes des habitats froids contre le gel ou les lésions dues à la glace en empêchant la formation de cristaux de glace. Ces protéines sont susceptibles d’être exploitées dans l’industrie comme produits antigel. Combiner biologie systémique et bioinformatique Le projet de recherche MeTABLE, entrepris avec le soutien du programme Marie Curie, était un effort de collaboration visant à acquérir de nouvelles connaissances sur les mécanismes d’adaptation des organismes vivant dans des environnements froids. Des partenaires industriels et universitaires ont combiné des approches en bioinformatique, en biologie moléculaire et en biochimie afin de développer des outils destinés à l’analyse génomique et à l’évolution dirigée d’enzymes provenant de microbes antarctiques. «L’idée consistait à caractériser et à produire des molécules bioactives à partir de micro-organismes adaptés au froid», explique la Dre Sandra Pucciarelli, coordinatrice du projet. Les chercheurs ont analysé et annoté des séquences génomiques de protozoaires psychrophiles et mésophiles, et ont mis au point de nouveaux outils d’analyse génomique des micro-organismes provenant d’environnements extrêmes. L’étude des voies métaboliques extrêmophiles a aidé les équipes scientifiques à comprendre l’adaptation environnementale à des températures négatives et à exploiter de nouvelles enzymes à des fins industrielles. La mise en lumière de leur potentiel au niveau macroscopique Des souches bactériennes isolées provenant d’écosystèmes marins antarctiques, comme l’espèce Marinomonas, ont démontré leur capacité à recycler les matières organiques présentes dans les fonds marins et à produire des métabolites secondaires. Les chercheurs ont notamment révélé la présence de voies métaboliques employant des composés aromatiques comme sources alternatives de carbone ou d’autres polluants pour produire des antibiotiques. Cette découverte suggère qu’il est possible d’utiliser cette espèce bactérienne à des fins de bioréhabilitation ainsi que pour la production de molécules bioactives. Les amylases hydrolysent l’amidon et représentent environ 30 % du marché mondial des enzymes, avec de nombreuses applications industrielles. Au cours du projet MeTABLE, les scientifiques ont isolé des amylases très actives à basse température, provenant du protozoaire antarctique Euplotes focardii. Grâce à l’ingénierie moléculaire, ils ont réussi à améliorer la stabilité de ces enzymes, les rendant moins thermolabiles et mieux adaptées aux applications industrielles. Une partie du projet a également été consacrée à la famille des enzymes dites superoxyde dismutase, intervenant dans la détoxification du stress oxydatif. La caractérisation biochimique de ces molécules a permis de mieux comprendre leur mode d’action. La valeur biotechnologique des découvertes de MeTABLE Dans l’ensemble, les recherches entreprises dans le cadre de MeTABLE ont permis de caractériser des biomolécules qui agissent dans des conditions de basse température, de salinité élevée ou de pH extrême, et qui sont impliquées dans l’adaptation à des environnements extrêmes. Ces molécules sont susceptibles de présenter un intérêt pour des applications industrielles ou courantes telles que la transformation et la conservation des aliments ou les antibiotiques. En particulier, les enzymes adaptées au froid réduisent la consommation d’énergie dans les réactions catalysées par rapport à leurs homologues mésophiles ou thermophiles, offrant ainsi des avantages économiques évidents. Par ailleurs, les découvertes de MeTABLE ont abouti à l’élaboration de nouveaux produits brevetés présentant un fort potentiel en matière de commercialisation. De nouvelles applications ont vu le jour, notamment des dispositifs de décontamination de l’eau et des soins de santé, avec un impact significatif sur la vie quotidienne des citoyens européens. Il est important de noter que le projet a amélioré la visibilité des partenaires de la communauté scientifique, jetant ainsi les bases de nouvelles collaborations avec l’industrie. En ce qui concerne l’avenir, M. Pucciarelli estime que «l’ingénierie des protéines abordée par le biais d’une conception rationnelle et d’une évolution dirigée constitue la voie à suivre pour adapter les propriétés des enzymes aux besoins des applications.»
Mots‑clés
MeTABLE, protéine, enzymes adaptées au froid, bioinformatique, environnement extrême, métabolisme, évolution dirigée, protéines se fixant à la glace, amylase, bioréhabilitation
