De mystérieux microbes qui prospèrent dans les lacs de saumure chaude et très salée au fond de la mer Rouge pourraient fournir un trésor de nouvelles enzymes pour des applications industrielles, si seulement les scientifiques avaient accès à leur générosité biologique.

Une nouvelle étude menée par les scientifiques de KAUST définit désormais un moyen d'exploiter cette vaste ressource inexploitée.

Les méthodes actuelles reposent sur la croissance de microbes en laboratoire pour étudier leurs caractéristiques. Cependant, la plupart des microbes ne peuvent pas être cultivés et échappent ainsi à l'examen scientifique. Au lieu, des chercheurs de la KAUST et de l'Université technique de Munich (TUM) en Allemagne ont ressuscité et testé des protéines spécifiques de ce qu'on appelle des génomes amplifiés (SAG) – des génomes entiers extraits d'une seule cellule microbienne capturée.

"C'est la première fois que les SAG sont utilisés pour produire des protéines, " dit le premier auteur, Stefan Grötzinger, un doctorant travaillant à la fois à la KAUST et à la TUM. "La preuve que les protéines des fonctions souhaitées peuvent être obtenues à partir des SAG pourrait changer la façon dont nous recherchons de nouvelles enzymes."

Grötzinger et ses collègues, dirigés par Stefan Arold, biologiste structural de la KAUST, avec Jörg Eppinger, un chimiste anciennement chez KAUST, et les scientifiques du TUM, Dirk Weuster-Botz et Michael Groll, ont commencé avec une cellule microbienne prélevée dans un bassin de saumure situé à 80 km au large de Djeddah et 2, 000m sous la surface de la mer Rouge. De son SAG, ils ont identifié par ordinateur un gène codant pour l'une des alcools déshydrogénases (ADH) du microbe, une enzyme couramment utilisée dans les aliments, industries pharmaceutiques et chimiques.

Les chercheurs ont d'abord tenté d'exprimer cette enzyme dans Escherichia coli, une plateforme bactérienne commune pour la production de protéines, mais cette approche n'a pas produit de protéines utiles. Ils se sont ensuite tournés vers un microbe différent qui vit dans un environnement très salin et qui peut également être cultivé en laboratoire. Dans ce microbe, ils ont réussi à obtenir suffisamment de protéine ADH pour pouvoir déduire sa structure tridimensionnelle par cristallographie aux rayons X et effectuer une caractérisation biochimique complète, y compris ses capacités enzymatiques.

Leurs analyses ont révélé des caractéristiques qui sont probablement apparues comme des adaptations à la vie dans la mer chaude et salée. Par exemple, la protéine fonctionne sous des concentrations extrêmement élevées de solvant organique, tolère des températures élevées et peut être lyophilisé - toutes les caractéristiques qui rendent l'enzyme attrayante pour les applications industrielles commerciales, dit Grötzinger.

Mais plus généralement, il ajoute, l'étude fournit une feuille de route sur la façon d'exploiter les richesses moléculaires des organismes trouvés dans des environnements extrêmes. Plus, il offre un exemple de collaboration internationale et locale, réunissant des scientifiques d'Allemagne et d'Arabie saoudite, avec la coopération de trois unités de la KAUST :la Division des sciences et de l'ingénierie biologiques et environnementales, le Computational Bioscience Research Center et le Catalysis Center.