Une découverte inattendue a permis aux scientifiques de mieux comprendre une importante enzyme productrice de méthane.

Une équipe de chercheurs du Carl R. Woese Institute for Genomic Biology (IGB) de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign a publié un article dans eLife qui ont décrit leurs découvertes sur une enzyme appelée méthyl-coenzyme M réductase, ou MCR.

Leurs découvertes renversent ce que l'on croyait auparavant être vrai sur le terrain :qu'un ensemble de modifications uniques présentes dans la MCR étaient essentielles au fonctionnement de l'enzyme.

Ils ont découvert que ces modifications n'étaient en fait pas indispensables, une découverte qui rapprochera les scientifiques de la compréhension complète de cette enzyme, qui joue un rôle important dans la production de méthane et le cycle du carbone.

Le méthane est un important gaz à effet de serre qui contribue à environ 20 pour cent de l'effet de serre, qui contribue au réchauffement de la terre.

Le méthane provient à la fois de sources géologiques et de sources biologiques, y compris à partir d'un groupe de micro-organismes appelés méthanogènes. Ces organismes microscopiques, qui sont membres du domaine Archaea, produisent du méthane comme sous-produit de leur métabolisme. Des gigatonnes de méthane sont produites chaque année par les méthanogènes.

Les méthanogènes ont l'enzyme MCR, qui est la seule enzyme qui fabrique du méthane. Il est essentiel à la fois pour la production et la consommation de méthane.

"C'est une enzyme extrêmement importante, " a déclaré le professeur de biologie moléculaire et cellulaire William Metcalf, co-auteur de l'article et responsable du thème Mining Microbial Genomes (MMG) de l'IGB. "Je dirais que c'est l'une des enzymes les plus importantes sur terre pour le cycle du carbone."

Le MCR possède également des propriétés inhabituelles. Contrairement à la plupart des enzymes, MCR a une série de modifications qui changent les acides aminés de l'enzyme. On croyait auparavant que ces modifications étaient essentielles aux fonctions de l'enzyme.

Avant maintenant, il a été impossible de faire une analyse génétique de ces enzymes, ce qui impliquerait de supprimer ces modifications et d'examiner comment l'enzyme fonctionne sans elles.

"On croyait que si vous faisiez cela, l'enzyme ne fonctionnerait pas, " a déclaré Metcalf. " Parce que cette enzyme est nécessaire à la viabilité de l'organisme, on pensait que c'était un gène essentiel."

Mais Douglas Mitchell, professeur de chimie et membre du corps professoral du thème MMG de l'IGB, pensé autrement. Lui et son laboratoire de recherche étudiaient une classe de molécules qui présentaient l'une des modifications également présentes dans la MCR. Ils ont compris comment cette modification a été effectuée et ont prédit que la même machinerie enzymatique utilisée pour modifier la MCR dans les méthanogènes était la même machinerie utilisée pour fabriquer des antibiotiques et des bactéries.

Cependant, leur laboratoire avait une limitation, selon Nilkamal Mahanta, un chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Mitchell qui a participé à la recherche. Leur laboratoire était limité dans sa capacité à effectuer le type d'expérience nécessaire pour voir si cela était vrai. Les organismes qu'ils voulaient étudier n'existent que dans des environnements anaérobies, qui ne contiennent pas d'oxygène.

IGB Fellow Nayak avait récemment développé un nouvel outil génétique qui pourrait manipuler ce type d'organisme. Elle a utilisé cet outil pour étudier les propriétés physiques du MCR et comprendre son fonctionnement, et a découvert que la modification n'était pas essentielle au fonctionnement de l'enzyme.

Cela a été une surprise pour beaucoup dans ce domaine de recherche, ainsi qu'à Metcalf et Nayak.

"Quand j'ai commencé ce projet, Je n'en savais pas trop sur l'importance de ces modifications, " a déclaré Nayak. " Au fur et à mesure que le projet avançait. . . J'ai réalisé l'impact de la découverte que nous avons faite, que cette modification nous paraissait importante et impliquée dans la fabrication ou la décomposition du méthane, ne jouait soudain plus un rôle aussi important que les gens dans la littérature en parlaient depuis 10 ou 15 ans - peut-être même plus longtemps, réellement."

Leurs résultats suggèrent qu'il reste encore beaucoup à découvrir sur cette enzyme et le rôle qu'elle joue dans la production et la consommation de méthane.