Comment un biocatalyseur pourrait stimuler la croissance des microalgues
Un capteur d'azote pourrait être caché derrière l'extension d'une enzyme de dégradation de l'amidon. Si ce capteur détecte un niveau élevé d'azote, la croissance des algues passe en mode turbo.
Les organismes vivants sont constitués en grande partie de composés de carbone (C) et d'azote (N). Ceux-ci doivent être absorbés avec la nourriture ou, dans le cas des plantes, produits par la photosynthèse. Une extension jusqu'ici mystérieuse d'une enzyme dégradant l'amidon chez les algues pourrait être une sorte de capteur permettant de déterminer la quantité d'azote actuellement disponible. Si l'azote est abondant, les cellules des algues libèrent rapidement de nombreux éléments nécessaires à leur croissance. L'équipe de recherche dirigée par les docteurs Anja Hemschemeier et Lisa Scholtysek du groupe de photobiotechnologie de l'université de la Ruhr à Bochum, en Allemagne, publie un article dans la revue Plant Direct du 20 juin 2024.
Un biocatalyseur dégradant l'amidon comme capteur d'azote
La composition optimale d'une cellule vivante est constituée d'un certain rapport entre C et N, mais les quantités de ces éléments dans notre alimentation et dans l'environnement des plantes et des algues ne sont généralement pas aussi parfaitement équilibrées. Les organismes vivants doivent donc adapter leur métabolisme et leur composition chimique à la disponibilité de ces éléments - et d'autres -.
Dans les organismes végétaux, les molécules contenant du C qui ne sont pas immédiatement utilisées sont stockées sous forme d'amidon. Différents types de biocatalyseurs - également appelés enzymes - libèrent les squelettes C de l'amidon lorsqu'ils sont nécessaires comme éléments de construction ou comme source d'énergie. L'une de ces enzymes est l'alpha-amylase, que l'équipe de recherche d'Anja Hemschemeier a étudiée à partir de la microalgue Chlamydomonas reinhardtii.
Ce faisant, l'équipe a fait une découverte surprenante : "L'enzyme possède une extension qui n'est pas nécessaire à la dégradation de l'amidon", explique Anja Hemschemeier, qui a dirigé l'étude. "Cette partie de la protéine a déjà été découverte sous une forme similaire dans de nombreuses enzymes différentes, où elle régule généralement la fonction du biocatalyseur. En général, cette partie de la protéine détecte de petits composés qui jouent un rôle dans la voie métabolique correspondante, de sorte que sa vitesse peut être ajustée et coordonnée avec d'autres voies."
Lisa Scholtysek, auteur principal de l'étude, a testé l'effet de nombreuses substances différentes sur l'activité de cette amylase. Finalement, elle en a identifié une qui augmentait sensiblement l'activité de l'enzyme, à savoir l'acide aminé glutamine. Ce composé contenant de l'azote est un élément constitutif des protéines. Dans de nombreux organismes, la glutamine est également le premier produit de l'assimilation de l'azote et sert à la fois de source primaire d'azote et de signal de la quantité d'azote disponible pour les voies de biosynthèse.
Une alpha-amylase pour stimuler la croissance ?
À ce jour, cette combinaison d'une enzyme dégradant l'amidon et d'un capteur de glutamine n'a pas été décrite dans la littérature. Cependant, d'après les analyses bioinformatiques effectuées par les chercheurs, de nombreuses microalgues semblent posséder cette combinaison spécifique. "Notre recherche n'en est qu'à ses débuts", déclare Anja Hemschemeier. "Jusqu'à présent, nous n'avons étudié cet effet qu'au niveau du biocatalyseur isolé de Chlamydomonas. La prochaine étape importante consistera à l'étudier dans des algues vivantes".
Les chercheurs ont toutefois une hypothèse : "Il est concevable que cette alpha-amylase s'enregistre en présence d'une grande quantité d'azote. Elle accélère alors la libération des échafaudages C de l'amidon pour la production de composants cellulaires contenant de l'azote et du carbone." Cela pourrait optimiser la croissance cellulaire lorsque les algues rencontrent des conditions optimales.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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