Crédit :Université d'État du Michigan
Les cyanobactéries sont minuscules, organismes robustes. Chaque cellule est 25 fois plus petite qu'un cheveu humain, mais ne vous laissez pas tromper par la taille. Leur capacité collective à étendre la photosynthèse est la raison pour laquelle nous avons de l'air à respirer et une biosphère diversifiée et complexe.
Les scientifiques s'intéressent à ce qui rend les cyanobactéries en expansion excellentes pour la photosynthèse. Certains veulent isoler et copier les processus réussis. Ceux-ci seraient ensuite réutilisés pour un usage humain, comme en médecine ou pour les énergies renouvelables.
L'un de ces systèmes est la photoprotection étendue. Il comprend un réseau de protéines qui détectent les niveaux de lumière environnante et protègent les cyanobactéries des terribles dommages causés par une surexposition à la lumière vive.
Le laboratoire de Cheryl Kerfeld a récemment découvert une famille de protéines, la protéine caroténoïde hélicoïdale (HCP), qui sont les ancêtres évolutifs des protéines photoprotectrices d'aujourd'hui. Bien qu'antique, Les HCP vivent toujours aux côtés de leurs descendants modernes.
Cette découverte a ouvert de nouvelles voies pour explorer la photoprotection. Et pour la première fois, le laboratoire de Kerfeld caractérise structurellement et biophysiquement l'une de ces protéines expansibles. Ils l'appellent HCP2. L'étude est publiée dans la revue BBA-Bioenergetics.
La science
Structurellement, le HCP2 est un monomère lorsqu'il est isolé dans une solution. Mais, sous sa forme cristallisée expansée, il apparaît curieusement comme un dimère.
"Nous ne pensons pas que le dimère soit la forme de la protéine lorsqu'elle est dans les cyanobactéries, " dit Maria Agustina (Tina) Dominguez-Martin, un post-doc au laboratoire de Kerfeld. "Le plus probable, HCP2 se lie à un partenaire encore inconnu. La situation dimère lors de la cristallisation est artificielle, parce que les seules molécules disponibles dans l'environnement sont d'autres comme lui."
Les scientifiques tentent de déterminer les fonctions de HCP2. C'est un bon extincteur des espèces réactives de l'oxygène, sous-produits nocifs de la photosynthèse. Mais comme de nombreuses autres protéines peuvent le faire aussi, Tina ne pense pas que ce soit la fonction principale de HCP2.
"Nous devons encore identifier une fonction principale, " dit Tina. " La difficulté est que la famille HCP est une découverte récente, nous n'avons donc pas beaucoup de base de comparaison."
D'autres expériences incluent :
Applications futures
La capacité de détecter la lumière est essentielle pour les applications, notamment en biotechnologie. Un domaine prometteur est l'optogénétique, une technologie qui utilise la lumière pour contrôler les cellules vivantes. Les systèmes optogénétiques sont comme des interrupteurs d'éclairage qui activent des fonctions prédéterminées lorsqu'ils sont frappés par une source lumineuse.
HCP2 pourrait jouer un rôle dans de telles applications. Mais tout cela est loin sur la route.
"Il y a 9 familles évolutives de HCP à explorer. Cela s'ajoute à des centaines de variantes avec des fonctions éventuellement distinctives que nous n'avons pas encore découvert, " ajoute-t-elle. " Dans cet esprit, nous caractérisons d'autres protéines de la famille HCP pour étendre notre ensemble de données disponibles."
Parce que ces protéines jouent probablement un rôle dans la photoprotection, ils peuvent représenter un système que les scientifiques pourraient concevoir pour « la photoprotection intelligente, " réduire la photoprotection inutile qui aiderait alors les organismes photosynthétiques à devenir plus efficaces.
