Pour que tous les êtres vivants réussissent, ils doivent se reproduire et avoir l'énergie pour le faire. La capacité d'un organisme à extraire de l'énergie de son environnement - et à le faire mieux que ses concurrents - est une condition essentielle de la survie. Jusqu'à récemment, on pensait que dans toute la biologie, des microbes aux humains, il n'y avait que deux méthodes pour générer et conserver l'énergie nécessaire au métabolisme cellulaire et à la survie.

Maintenant, les chercheurs ont découvert une troisième méthode de production d'énergie microbienne, appelée « bifurcation électronique à base de flavine » (FBEB). Cette nouvelle méthode est en fait une ancienne forme de génération et de conservation d'énergie, mais elle est si différente des processus connus qu'elle représente un changement de paradigme dans la façon dont les scientifiques pensent à la façon dont les organismes obtiennent de l'énergie. Le mécanisme de fonctionnement du FBEB était inconnu, c'est-à-dire jusqu'à ce qu'une percée soit faite par des chercheurs du Biological Electron Transfer and Catalysis (BETCy) Energy Frontier Research Center, dont les membres incluent Cara E. Lubner, David W. Mulder, et Paul W. King du National Renewable Energy Laboratory (NREL) du département américain de l'Énergie.

L'équipe a examiné des caractéristiques jusqu'alors inconnues du mécanisme catalytique, gagner en critique, des informations complètes sur le fonctionnement de FBEB. L'une des découvertes les plus importantes est de savoir comment une molécule de flavine unique est capable de générer deux niveaux d'énergie à partir d'un seul composé précurseur. Un niveau est utilisé pour effectuer une réaction chimique facile, tandis que l'autre beaucoup plus énergétique est utilisé pour effectuer une chimie plus difficile pour former un composé à haute énergie. Ce faisant, les deux réactions sont couplées ensemble de sorte que l'énergie qui est normalement gaspillée soit conservée dans le composé à haute énergie.

FBEB permet à un organisme d'obtenir plus d'énergie "pour son argent, " et l'acteur clé est la flavine unique qui permet à l'enzyme d'effectuer une chimie de conservation d'énergie unique en son genre qui a été étudiée. La recherche apporte une nouvelle compréhension de la bifurcation des électrons et définit un modèle des principes mécanistes sous-jacents par lesquels ils fonctionnent. " Les résultats devraient permettre de nouvelles stratégies pour l'ingénierie des systèmes biologiques pour une production plus efficace de carburants et de produits chimiques et pour le développement de procédés catalytiques qui optimisent la conversion des réactions électrochimiques, ", a déclaré Cara Lubner, chercheuse du NREL. "La compréhension de la biochimie de la bifurcation permettra des stratégies plus éclairées pour les microbes de bio-ingénierie afin de produire des niveaux plus élevés de biocarburants et de produits chimiques réduits."

Les détails de l'étude peuvent être trouvés dans l'article "Mechanistic insights into energy conservation by flavin-based electron bifurcation" dans le journal Nature Chimie Biologie . L'article a été rédigé par des membres du BETCy, qui sont situés au NREL, Université d'État du Montana, Université de l'État d'Arizona, l'Université de Géorgie, et l'Université du Kentucky.

"Comme nous comprenons mieux la méthode de bifurcation, nous envisageons que de nouveaux matériaux et catalyseurs pourraient être conçus qui ont la même efficacité accrue dans les chimies importantes qu'ils exécutent, " a noté David Mulder, scientifique du NREL. Un résultat potentiel est une diminution des sous-produits issus des processus catalytiques (les sous-produits sont généralement la conséquence de processus inefficaces sur le plan énergétique) et donc des économies sur les matériaux et l'argent dépensés dans les processus industriels. Il peut également être possible de prendre tirer parti de ces voies écoénergétiques à l'intérieur des cellules vivantes en concevant des microbes pour les utiliser préférentiellement pour fabriquer de meilleurs produits tels que des produits chimiques, carburants, ou de l'hydrogène gazeux.