Lorsque les humains ont de faibles niveaux de fer, ils ont tendance à se sentir faibles, fatigué et étourdi. Cette fatigue empêche les patients atteints d'anémie ferriprive de faire de l'exercice ou de s'exercer afin de conserver leur énergie.

De la même manière, dans des environnements à faible teneur en fer, les microbes survivent en ralentissant le traitement du carbone et en extrayant le fer des minéraux. Cependant, cette stratégie oblige les microbes à investir de précieuses sources de nourriture dans la production de composés dissolvant les minéraux. Face à ce paradoxe, les chercheurs voulaient comprendre comment les microbes soutiennent les stratégies de survie dans des environnements avec trop peu de fer pour prospérer.

Le fer est essentiel au métabolisme du carbone car il est requis par les protéines impliquées dans le traitement du carbone. Mais parce que l'oxygène rend le fer soluble moins abondant dans l'environnement, les bactéries fonctionnent souvent sous une limitation en fer et doivent arrêter ou réduire considérablement l'apport de carbone.

En regardant un groupe de bactéries du sol, des chercheurs de la Northwestern University ont découvert que ces organismes surmontent les limitations de leurs machines de traitement du carbone en détournant leurs voies métaboliques pour favoriser la production de composés piégeurs de fer. L'étude est la première à utiliser la métabolomique, une technique à haute résolution pour surveiller le flux de carbone dans les cellules, pour étudier l'impact du fer sur le cycle du carbone dans les cellules bactériennes.

L'étude a été publiée aujourd'hui dans la revue Actes de l'Académie nationale des sciences .

Ludmilla Aristilde, professeur agrégé de génie civil et environnemental à la McCormick School of Engineering, dirigé la recherche. Son groupe de recherche se concentre sur la compréhension des processus environnementaux impliquant des matières organiques, avec des implications pour la santé des écosystèmes, productivité agricole et biotechnologie environnementale.

Dans le réseau du métabolisme des bactéries, le cycle de l'acide citrique fournit les squelettes carbonés nécessaires à la fabrication de composés piégeurs de fer. Le métabolisme de certaines sources de carbone génère un meilleur carbone et carburant à partir du cycle de l'acide citrique. Les bactéries privées de fer favorisent le traitement du carbone à travers le cycle de l'acide citrique afin de produire plus de composés piégeurs de fer. Aristilde a déclaré que cette découverte est importante car la recherche révèle que les nutriments inorganiques peuvent avoir un impact direct sur les processus organiques.

"La hiérarchie dans le métabolisme du carbone met en évidence que la sélectivité dans l'utilisation spécifique du carbone est fortement liée à quelque chose qui est inorganique, " Aristilde a déclaré. "Pour mettre cela dans le contexte du changement climatique, nous devons comprendre quelles conditions contrôlent le cycle du carbone du sol et sa contribution au dioxyde de carbone. »

En se concentrant sur les espèces de Pseudomonas dans les sols, le groupe de recherche a pu faire des déductions sur d'autres espèces. Les bactéries Pseudomonas existent également en tant qu'agents pathogènes humains et végétaux, dans nos intestins et ailleurs dans l'environnement. Aristilde espère que parce que les bactéries qu'elle et ses chercheurs ont choisi d'étudier sont si omniprésentes, les recherches futures pourront utiliser les découvertes de son groupe comme feuille de route.

Des recherches antérieures ont étudié le comportement des organismes avec une résolution d'information inférieure. Alors que les scientifiques ont utilisé la génomique pour prédire ce qui peut arriver dans le métabolisme des espèces sur la base de l'identification et de la mesure des gènes, le laboratoire Aristilde utilise la métabolomique de l'espèce pour capturer ce qui se passe réellement dans le métabolisme. Leurs recherches fournissent des indices qui impliquent que de nombreux autres organismes et systèmes pourraient également utiliser des stratégies métaboliques similaires.

En tant qu'ingénieur en environnement, Aristilde a déclaré que son domaine d'étude consiste à comprendre les mécanismes et à faire des prédictions sur le comportement des processus environnementaux tels que le cycle du carbone. Au-delà du cycle du carbone et du changement climatique, l'étude a également des implications dans la santé des plantes et des humains. Comprendre comment les bactéries qui provoquent des inflexions modifient le métabolisme du carbone pour rivaliser pour le fer dans leurs hôtes végétaux ou humains peut permettre aux chercheurs de mieux concevoir des traitements cibles.