Vous ne pouvez pas les voir à l'œil nu, mais la plupart des plantes émettent des gaz volatils, les isoprénoïdes, dans l'atmosphère lorsqu'elles respirent et grandissent. Certaines plantes n'émettent presque rien; d'autres émettent des kilogrammes par an.

Pourquoi les émissions d'isoprénoïdes des plantes sont-elles intéressantes ? Bien, les isoprénoïdes contribuent énormément aux quantités d'hydrocarbures rejetées dans l'atmosphère, où ils peuvent être convertis en puissants gaz à effet de serre, affectant le changement climatique. Réellement, il a été estimé que les isoprénoïdes à chaîne courte représentent plus de 80% de tous les composés organiques volatils émis par tous les organismes vivants, totalisant environ 650 millions de tonnes de carbone par an.

"Nous avons découvert une nouvelle façon dont les plantes régulent la quantité d'isoprénoïdes volatils qu'elles émettent dans l'atmosphère, qui était longtemps inconnue. Certaines plantes émettent beaucoup, alors que des espèces très similaires ne les émettent pas du tout. Ceci est intéressant du point de vue de la recherche fondamentale pour mieux comprendre ces émissions et comment la culture de différentes plantes pourrait affecter le cycle du carbone et impacter les gaz à effet de serre, " déclare le premier auteur d'une nouvelle étude récemment publiée dans eLife , La chercheuse principale Mareike Bongers du Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability et de l'Australian Institute for Bioengineering and Nanotechnology, L'Université du Queensland.

Les cultures qui émettent beaucoup d'isoprène sont, par exemple, palmiers à huile; épicéa, qui est cultivé pour le bois; et des trembles, qui sont cultivés pour le bois et le biocarburant. Avec cette connaissance, les agriculteurs pourraient en principe optimiser les terres forestières et les zones agricoles en plantant moins de plantes à émetteurs élevés et plus de plantes à émission nulle.

« Il faut dire, bien que, que nous ne savons pas avec certitude que tous les effets de ces émissions sont mauvais, plus de recherche est nécessaire à ce sujet. Mais ce qui est clair, c'est que bon nombre des effets nocifs des émissions d'isoprénoïdes se produisent lorsqu'elles réagissent avec des polluants atmosphériques courants, qui affecte la formation de gaz à effet de serre et la qualité de l'air. Par conséquent, les grandes plantations avec des émissions élevées sont particulièrement gênantes à proximité de la pollution de l'air industrielle ou municipale. Donc, la réduction de la pollution est une autre façon de résoudre le problème, " dit Mareike Bongers.

Les chercheurs à l'origine de cette étude étudient maintenant la possibilité d'utiliser ces nouvelles connaissances en biotechnologie appliquée. Les chercheurs ont en fait découvert le nouveau mécanisme de régulation, parce qu'ils ont essayé de manipuler la bactérie E. coli pour produire des isoprénoïdes recherchés, qui pourraient remplacer de nombreux produits chimiques issus des combustibles fossiles s'ils pouvaient être produits à moindre coût.

Donc, tout en manipulant des gènes végétaux dans E. coli pour améliorer la production d'isoprénoïdes, les chercheurs ont pris conscience du mécanisme de régulation d'origine végétale. Lorsque E. coli a été modifié avec des gènes végétaux pour une enzyme connue sous le nom de HDR, ils ont produit deux produits chimiques importants dans des proportions différentes, et cela a influencé la quantité d'isoprène pouvant être produite.

Cette révélation est très utile en biotechnologie appliquée, parce que les isoprénoïdes peuvent être transformés en produits comme le caoutchouc. GoodYear a déjà produit des pneus de voiture fabriqués à partir d'isoprène bio-produit. Par ailleurs, les résultats pourraient également améliorer la production d'isoprénoïdes monoterpènes, qui sont d'excellents carburéacteurs car très denses en énergie.

"C'est particulièrement intéressant du point de vue de la durabilité, car il n'est pas prévu que les avions puissent être alimentés par autre chose que des carburants liquides, contrairement au transport terrestre, qui peut être électrique, " elle dit.

Finalement, les isoprénoïdes sont également utilisés comme arômes et parfums dans les parfums et les cosmétiques, et ils sont très importants en tant que composé actif dans certains médicaments, par exemple le médicament antipaludique artémisinine ou taxadiène, à partir duquel le médicament anticancéreux Taxol est fabriqué.

Aujourd'hui, la plupart des laboratoires et des sociétés de biotechnologie qui fabriquent des isoprénoïdes utilisent une voie issue de la levure, puisque les rendements obtenus ont été beaucoup plus élevés qu'avec E.coli. Mais la voie utilisée par E. coli et les plantes a un rendement théorique plus élevé, ce qui signifie que plus d'isoprénoïdes pourraient théoriquement être fabriqués à partir des mêmes quantités de sucre dans E. coli que dans la levure. Par conséquent, essayer d'optimiser E. coli pour la production d'isoprénoïdes a du bon sens sur le plan commercial.

L'équipe a comparé huit gènes HDR végétaux différents et un gène HDR cyanobactérien chez E. coli. Le meilleur résultat a été obtenu avec des gènes de pêche, peuplier et ricin. Comme il s'agissait d'une preuve de concept, l'équipe n'a produit que 2 mg d'isoprène par litre de bouillon de cellules. Mais avec d'autres efforts d'ingénierie et d'optimisation de la fermentation, les chercheurs prévoient d'améliorer la production d'isoprène dans E. coli en utilisant ce système.

« Nous avons vu que le choix de la bonne enzyme végétale faisait une grande différence pour la production d'isoprène dans E. coli. notre approche « apprendre de la nature » ​​sur la façon dont certaines plantes sont devenues si douées pour émettre des isoprénoïdes nous a vraiment aidés à concevoir des usines de cellules plus efficaces, " conclut-elle.