Les scientifiques d'un groupe international dirigé par le RIKEN Cluster for Pioneering Research au Japon ont développé un moyen simple de surveiller le niveau d'éthylène, une hormone importante, dans les plantes. L'éthylène est impliqué dans de nombreux processus dans les plantes, comme la maturation des fruits et la chute des feuilles à l'automne. La détection a été faite par une métalloenzyme artificielle, c'est-à-dire une protéine - dans ce cas l'albumine - qui renferme un métal qui agit comme un catalyseur.

Les métalloenzymes sont très courantes dans la nature, fonctionnant dans des endroits comme le sang, où les atomes de fer dans l'hémoglobine aident à transporter l'oxygène, ou dans les chloroplastes végétaux, où les atomes de manganèse aident le processus de photosynthèse. Les protéines permettent aux catalyseurs métalliques de traverser le corps dans les tissus où ils sont nécessaires sans être « éteints » par des antioxydants tels que le glutathion. Le "design" chimique permet maintenant aux scientifiques humains de concevoir des métalloenzymes artificielles, modelé sur des molécules naturelles, mais qui remplissent des fonctions qui ne se trouvent pas dans la nature.

Pour l'étude en cours, Publié dans Communication Nature , Les co-auteurs principaux Kenward Vong et Shohei Eda du RIKEN CPR ont décidé de concentrer leurs travaux sur un biocapteur pour détecter l'éthylène gazeux. L'éthylène gazeux est l'une des trois principales hormones utilisées par les plantes. Il est connu pour être impliqué à la fois dans le développement des plantes, comme la maturation des fruits, perdre des feuilles avant l'hiver, et faire pousser de nouvelles feuilles, et en réponse à des stress tels que la prédation et la sécheresse. Pour cette raison, l'éthylène est couramment appliqué aux plantes fruitières pour favoriser la maturation des fruits.

Ils ont conçu une molécule contenant un échafaudage d'albumine utilisé pour contenir un catalyseur de ruthénium, conçu de manière à devenir fluorescent en présence d'éthylène. Ils ont testé la métalloenzyme sur divers fruits et légumes, et ils ont découvert qu'il était capable de détecter la présence d'éthylène dans les fruits à mesure qu'ils mûrissaient. Contrairement aux précédents biocapteurs d'éthylène, cependant, il a pu montrer la répartition de l'éthylène sur le fruit, fournissant une carte spatiale et temporelle détaillée de la propagation de l'éthylène. Le groupe a ensuite utilisé un modèle expérimental de plante, Arabidopsis thaliana, examiner la libération d'éthylène en réponse à des stress tels que les agents pathogènes, et ils ont découvert que l'essai biologique était capable de détecter avec précision la présence d'éthylène.

Selon Katsunori Tanaka, le chef du groupe de recherche, "Notre travail a deux implications importantes. L'une est dans le domaine des métalloenzymes artificielles, où nous avons pu utiliser un principe de la nature pour produire quelque chose qui n'existe pas dans la nature. Et deuxièmement, nos travaux contribueront à comprendre comment l'éthylène est produit dans les plantes, car nous pouvons mesurer la concentration d'éthylène lorsqu'il est encore dans les cellules."

Le groupe prévoit de poursuivre les travaux d'amélioration du système, par exemple en accélérant sa réactivité afin qu'il puisse mesurer l'éthylène avant son passage au gaz, et d'améliorer sa capacité à entrer dans les cellules plutôt que de rester dans l'environnement extracellulaire.