Une enzyme récemment découverte utilise un mécanisme inhabituel pour générer une molécule avec une odeur terriblement affreuse

La molécule malodorante qui donne au fumier animal sa puanteur répugnante a été retrouvée jusqu'à sa source. Les chercheurs d'A*STAR et leurs collègues ont identifié l'enzyme que certaines bactéries intestinales utilisent pour produire le skatole, un composant caractéristique de l'arôme fécal. La découverte pourrait potentiellement être utilisée pour aider à éliminer les odeurs nauséabondes de l'élevage, et cela pourrait même avoir des implications pour l'amélioration de la santé humaine, disent les chercheurs.

Le skatole est si puissant que le nez humain peut le détecter dans l'air à un seuil de concentration de seulement 0,00056 parties par million. Bactéries vivant dans l'intestin des animaux, y compris les humains, produire du skatole en décomposant l'indoleacétate, qui lui-même est un produit de dégradation du tryptophane, un acide aminé provenant de protéines alimentaires. L'enzyme bactérienne qui convertit l'indoleacétate en skatole n'a jamais été identifiée, bien que les enzymes qui décomposent les métabolites d'acides aminés aromatiques apparentés soient connues.

Maintenant, l'enzyme productrice de skatole a été identifiée par une équipe de recherche internationale, co-dirigé par Huimin Zhao, de l'Institut des sciences chimiques et de l'ingénierie A*STAR. "Nous sommes intéressés à identifier de nouvelles réactions chimiques catalysées par des enzymes dans la nature, et explorer les enzymes correspondantes pour des applications pratiques, " dit Zhao.

L'équipe a utilisé la génomique comparative pour identifier l'enzyme responsable. "Nous avons eu la chance que les séquences du génome de deux bactéries productrices de skatole soient déjà disponibles dans les bases de données publiques, " ajoute Yifeng Wei, membre de l'équipe de Zhao chez A*STAR. Les chercheurs ont comparé les gènes des deux bactéries, à la recherche d'enzymes inconnues que possédaient les deux espèces, liés à des enzymes connues pour décomposer d'autres métabolites d'acides aminés aromatiques.

L'équipe a rapidement identifié une enzyme candidate dans les données génétiques, et un essai biochimique a confirmé qu'il transforme l'indoleacétate en skatole. Loin de l'environnement sans oxygène de l'intestin, l'enzyme indoleacétate décarboxylase nécessitait une manipulation soigneuse. "La partie la plus difficile de ce projet - mené principalement par nos collaborateurs de l'Université de Tianjin était la caractérisation biochimique de l'enzyme sensible à l'oxygène, " dit Zhao. Pour s'assurer qu'il reste actif, l'enzyme devait être conservée et manipulée dans une boîte à gants, dans des conditions sans oxygène, de tout temps.

L'identification de l'indoleacétate décarboxylase a de nombreuses applications pratiques potentielles, dit Zhao. La séquence génétique de l'enzyme peut être utilisée comme marqueur pour identifier les organismes producteurs de skatole. « Une fois identifié, des mesures peuvent être prises pour éliminer ou remplacer ces organismes, ou pour créer des conditions qui suppriment leur métabolisme spécifique de production de skatole, " dit Zhao. Les applications s'étendent bien au-delà de l'agriculture. " Nous avons remarqué que cette enzyme est présente dans certaines bactéries buccales humaines séquencées, qui pourrait fournir une avenue pour traiter certains aspects de la mauvaise haleine, " ajoute Wei. Les moustiques porteurs de maladies humaines telles que l'encéphalite japonaise et le virus du Nil occidental sont également connus pour être attirés par le skatole.

La génomique comparative a le potentiel d'identifier de nombreuses autres enzymes avec une chimie et une biochimie inhabituelles, dit Zhao. « Il existe de nombreux métabolites produits par les bactéries anaérobies, en particulier les bactéries intestinales, qui ne peut être produit que par une chimie enzymatique inhabituelle et non encore identifiée, " dit-il. L'intestin, un environnement anaérobie sans oxygène, est potentiellement une riche source d'enzymes possédant une réactivité biochimique unique impliquant des intermédiaires « radicaux libres » hautement réactifs.

"En tant que biochimistes, on a l'habitude de penser à des molécules organiques dans lesquelles tous les électrons sont appariés, " dit Zhao. " Cependant, certaines réactions sont plus facilement accomplies grâce à des espèces chimiques avec des électrons non appariés - c'est-à-dire radicaux libres." Ces espèces réactives sont souvent sensibles à l'oxygène, mais ce n'est pas un obstacle dans l'intestin.

L'équipe prévoit ensuite d'étudier plus en détail le mécanisme radicalaire de la décarboxylation de l'indoleacétate, et caractériser d'autres enzymes dans la voie métabolique productrice de skatole, dit Zhao. "À long terme, nous prévoyons de continuer à découvrir une nouvelle chimie des radicaux libres enzymatiques dans les bactéries intestinales environnementales et humaines. »