Une analyse structurale à haute résolution par les biochimistes RIKEN du photosystème I, qui contient de la chlorophylle d et de la phéophytine a, les pigments absorbant la lumière présents dans une bactérie marine, pourrait aider les scientifiques à découvrir comment le microbe survit dans les conditions d'éclairage à faible énergie de la mer profonde.

Dans la photosynthèse, les plantes, les algues et certaines bactéries exploitent l'énergie de la lumière du soleil pour créer de l'oxygène et des glucides à partir du dioxyde de carbone et de l'eau. Chlorophylle, le pigment responsable de donner aux plantes leur couleur verte, joue un rôle majeur dans l'absorption de la lumière solaire et sa conversion en une forme utile d'énergie chimique.

Les scientifiques croyaient que le photosystème I, le complexe protéique membranaire présent dans tous les organismes aérobies, utilisé une forme de chlorophylle appelée chlorophylle a pour la photosynthèse. Mais cela a changé lorsqu'une cyanobactérie marine a été découverte dans les années 1990 qui utilise une forme différente de chlorophylle; Acaryochloris marina utilise la chlorophylle d pour exploiter les longueurs d'onde de la lumière rouge lointain, dont l'énergie était auparavant considérée comme trop faible pour être utile aux organismes typiques.

« Comment A. marina utilise la lumière à faible consommation d'énergie pour la photosynthèse est une question de longue date, " note Koji Yonekura, qui dirige le groupe de mécanismes biostructuraux au RIKEN SPring-8 Center.

Maintenant, Tasuku Hamaguchi, Keisuke Kawakami, Yonekura et leurs collègues ont fait la lumière sur cette question en analysant la structure du centre de réaction du photosystème I - la partie de la chlorophylle qui convertit la lumière du soleil en une forme d'énergie chimique qui peut être utilisée par le reste de la machinerie photosynthétique - de la chlorophylle d dans A. marina (Fig. 1). Ils l'ont réalisé en utilisant la microscopie cryoélectronique à une résolution plus élevée que celle appliquée auparavant pour examiner ces complexes protéiques.

L'analyse des chercheurs a révélé que l'un des pigments collecteurs de lumière est la phéophytine a, un chlore sans métal qui diffère des autres centres réactionnels de type I. Cette combinaison exquise de phéophytine a et de chlorophylle d aide à expliquer certaines façons dont la cyanobactérie peut exploiter efficacement la faible énergie de la lumière rouge lointaine pour la photosynthèse.

Les découvertes de l'équipe pourraient nous aider à mieux comprendre comment les organismes photosynthétiques sont capables de survivre dans des environnements à très faible luminosité, à la fois ici sur Terre et potentiellement au-delà. A. marina se trouve dans les régions de l'océan à très faible luminosité, et il est possible que la vie au-delà de la Terre puisse exister dans des environnements similaires à faible luminosité.

Les chercheurs ont réalisé la résolution sans précédent de cette étude en utilisant une microscopie électronique cryogénique produisant des images haute résolution supérieures avec un faisceau d'électrons hautement cohérent.

L'équipe entend poursuivre ses recherches sur cet organisme mystérieux et sa méthode de conversion de la lumière en énergie chimique. Ils appliquent également la même technique pour étudier d'autres macromolécules biologiques. « Nous effectuons une microscopie électronique cryogénique à haute résolution à une seule particule d'autres cibles biologiquement importantes, " dit Yonekura.