À l'aide de manipulations génétiques et d'outils biophysiques avancés, une équipe de recherche internationale a obtenu des informations inattendues sur la façon dont une bactérie absorbe les sucres dérivés de matières premières végétales.

Leurs conclusions ont été publiées le 7 septembre dans mBio .

« Une absorption efficace du sucre est cruciale pour les usines cellulaires microbiennes, de sorte que les transporteurs de sucre sont des cibles importantes pour l'ingénierie métabolique et le développement de la biologie synthétique des micro-organismes industriels », a déclaré le co-auteur correspondant, le professeur Cui Qiu de l'Institut de technologie de la bioénergie et des bioprocédés de Qingdao (QIBEBT). de l'Académie chinoise des sciences (CAS).

La bactérie, Clostridium thermocellum, est depuis longtemps un concurrent majeur dans la production industrielle durable de biocarburants. Bien que la façon dont le micro-organisme industriel C. thermocellum absorbe les sucres suscite un grand intérêt depuis de nombreuses années et que cinq transporteurs potentiels de sucre aient été découverts en 2009, les difficultés de manipulation des gènes chez cette bactérie ont limité la validation fonctionnelle.

Le groupe de métabolomique du QIBEBT dirigé par Cui a développé une variété d'outils capables de manipulation génétique chez C. thermocellum. Ces outils comprennent un instrument d'électroporation cellulaire, une technique d'inactivation rapide des gènes pour les bactéries thermophiles (technique Thermotargetron) et un système d'édition du génome précis, qui permettent aux chercheurs d'analyser quels gènes produisent quels changements physiques et fonctionnels chez les bactéries, informant comment la bactérie se brise réduire la lignocellulose, le principal composant des parois cellulaires végétales, en types de sucre pouvant être utilisés pour produire de l'éthanol.

En combinant ces approches génétiques et diverses techniques biophysiques, les chercheurs ont identifié les transporteurs appelés B et A comme transporteurs solos de la cellodextrine et du glucose, respectivement, parmi les cinq transporteurs potentiels de sucre chez C. thermocellum. Le glucose est une simple molécule de sucre, tandis que la cellodextrine comprend plusieurs molécules liées. "Ces découvertes sont assez inattendues car de nombreux micro-organismes sont connus pour avoir une multiplicité de transporteurs de sucre redondants pour leur principale source de carbone", a déclaré Cui.

Au lieu de plusieurs transporteurs pour collecter et déplacer les sucres comme d'autres micro-organismes, C. thermocellum utilise principalement le transporteur B pour absorber les cellodextrines dérivées de la cellulose. Cette souche utilise également le transporteur A pour absorber le glucose et l'utiliser, mais seulement après qu'il soit correctement adapté, selon l'auteur co-correspondant, le professeur Feng Yingang de QIBEBT.

"Nous avons également identifié un gène isolé, 2554, comme la sous-unité manquante dans le groupe de gènes du transporteur B", a déclaré Feng, notant que la découverte explique comment le mécanisme du transporteur B pourrait aider à utiliser la biomasse lignocellulosique. "De plus, nous avons démontré que le transporteur B se couple avec la régulation de l'expression des cellulosomes, les complexes protéiques responsables de la production de sucres en dégradant les parois cellulaires des plantes."

Cette découverte prolonge les recherches antérieures dans le domaine suggérant que l'expression des cellulosomes est régulée par un groupe de facteurs sigma/anti-sigma avec une activité de détection de substrat et de transcription, tout en étant également couplée au transport de sucre. Et pourtant, les chercheurs n'ont pas complètement élucidé le mécanisme sous-jacent de ce couplage transporteur de sucre-cellulosome, et la découverte de son existence renforce encore la valeur d'application potentielle de C. thermocellum dans la bioconversion de la lignocellulose.

"Bien que les avantages physiologiques et évolutifs des transporteurs restrictifs soient encore inconnus, ces résultats suggèrent que l'ingénierie des transporteurs de sucre chez C. thermocellum pourrait être plus facile que chez les espèces avec plusieurs transporteurs redondants", a déclaré Cui.

Les chercheurs ont déclaré qu'ils prévoyaient de continuer à travailler pour comprendre les mécanismes moléculaires clés de la bactérie, qu'ils utiliseront pour éclairer le développement des technologies de bioénergie et de biologie synthétique. + Explorer plus loin

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