Une équipe de scientifiques, dirigé par l'Université de Bristol, a développé un nouveau système de protéines photosynthétiques permettant une approche améliorée et plus durable des dispositifs technologiques à énergie solaire.

L'initiative fait partie d'un effort plus large dans le domaine de la biologie synthétique pour utiliser des protéines à la place de matériaux synthétiques qui sont souvent rares, coûteux et peut être nocif pour l'environnement lorsque l'appareil devient obsolète.

Le but de l'étude, publié aujourd'hui dans Communication Nature , était le développement de complexes photosynthétiques « chimères » qui affichent une récupération polychromatique de l'énergie solaire.

Pour la première fois, les scientifiques ont pu construire un système protéique unique qui utilise à la fois la chlorophylle et la bactériochlorophylle, et, ce faisant, ils ont démontré que les deux systèmes de pigments peuvent fonctionner ensemble pour obtenir la conversion de l'énergie solaire.

Auteur principal de l'étude et lecteur en biochimie à l'Université de Bristol, Dr Mike Jones, mentionné:

"Autrefois, deux principaux types de protéines ont été utilisés pour la conversion de l'énergie solaire dans les dispositifs technologiques. Les premiers sont issus d'organismes photosynthétiques « oxygénés » -plantes, les algues et les cyanobactéries, qui contiennent de la chlorophylle comme principal pigment photosynthétique et produisent de l'oxygène comme déchet du processus. Les seconds sont issus d'organismes « anoxygéniques », bactéries qui contiennent de la bactériochlorophylle comme pigment photosynthétique principal.

"Nous avons assemblé ces deux protéines, de parties très différentes du monde photosynthétique, en un seul photosystème biologique qui permet une récupération accrue de l'énergie solaire. Nous avons également démontré que ce système peut être interfacé avec des électrodes artificielles pour obtenir une conversion solaire-électrique étendue. »

Les scientifiques, de l'Institut BrisSynBio de l'Université, en collaboration avec des collègues en photoélectrochimie de l'Université libre d'Amsterdam, purifié une protéine de « centre de réaction » d'une bactérie photosynthétique de couleur pourpre et une protéine de récolte de lumière d'une plante verte (en fait fabriquée de manière recombinante dans E. coli) et les a verrouillées de manière permanente à l'aide d'un domaine de liaison provenant d'une deuxième bactérie. Le résultat est le premier complexe unique avec une composition de protéines et de pigments bien définie qui montre une conversion accrue de l'énergie solaire.

L'étude financée par le BBSRC et l'EPSRC a été en grande partie l'œuvre du Dr Juntai Liu, un doctorat étudiant au Centre de formation doctorale en biologie synthétique de l'Université de Bristol. Cette percée est un exemple d'approche de biologie synthétique, traiter les protéines comme des composants pouvant être assemblés de manières nouvelles et intéressantes à l'aide d'une interface commune et prévisible.

"Ce travail montre qu'il est possible de diversifier les systèmes protéiques qui peuvent être intégrés dans des dispositifs au-delà de ceux que la nature fournit, en utilisant une approche simple obtenue uniquement par codage génétique, " a déclaré le Dr Jones.

Le Dr Jones a déclaré que la prochaine étape consistait à élargir la palette de pigments photosynthétiques, en utilisant des protéines de cyanobactéries qui contiennent des pigments bilines qui absorbent la lumière jaune et orange, et d'explorer la liaison d'enzymes à ces nouveaux photosystèmes afin d'utiliser la lumière du soleil pour alimenter la catalyse.