La lumière du soleil permet aux algues vertes de faire plus que simplement effectuer la photosynthèse. Certaines algues unicellulaires utilisent en fait la lumière pour activer et désactiver l'adhérence de leurs flagelles aux surfaces - un phénomène découvert pour la première fois par des physiciens de l'Institut Max Planck de Göttingen pour la dynamique et l'auto-organisation. Ces découvertes sont particulièrement pertinentes pour le développement de bioréacteurs dans lesquels les algues servent de matière première renouvelable pour la production de biocarburants.

Dans la vie de tous les jours, les algues vertes ont tendance à être de mauvaises nouvelles. Par temps humide, des algues unicellulaires microscopiques forment une couche visqueuse sur les meubles de jardin et les murs des maisons; pendant les étés chauds, ils forment une écume à la surface des bassins de jardin et des bassins de traitement des eaux. Mais les algues vertes peuvent aussi être bénéfiques. Depuis des années, les algues sont cultivées dans des bioréacteurs, dans de grandes installations constituées de tubes de verre, pour produire des biocarburants. Cependant, les algues vertes ont une propriété qui rend ce procédé difficile :utiliser de petits poils, connu sous le nom de flagelles, ils adhèrent aux surfaces. Dans les bioréacteurs, cela se traduit par la formation d'un biofilm vert sur les parois des tubes de verre. Par conséquent, moins de lumière pénètre dans le réacteur. Le biofilm réduit la capacité des autres algues du réacteur à effectuer la photosynthèse, rendant ainsi le bioréacteur moins efficace.

Les chlamydomonas ne collent pas au feu rouge

Une équipe de recherche dirigée par Oliver Bäumchen, physicien au Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization à Göttingen, a maintenant fait une découverte qui pourrait augmenter l'efficacité des bioréacteurs. "Dans des expériences avec des algues vertes, nous avons constaté que les algues sont collantes et ne peuvent adhérer aux surfaces que dans certaines conditions d'éclairage, ", dit Oliver Bäumchen.

Le scientifique se concentre depuis de nombreuses années sur les propriétés adhésives des micro-organismes. Il s'intéresse principalement aux flagelles et aux mécanismes par lesquels ces minuscules structures ressemblant à des cheveux peuvent exercer des forces adhésives étonnamment fortes. Lui et son équipe ont conçu un capteur précis pour mesurer les forces mises en jeu :une micropipette en verre ultrafine qui peut aspirer une seule cellule d'algue verte. A l'aide de la micropipette, ils mesurent la force nécessaire pour détacher une cellule vivante d'une surface.

Chlamydomonas utilise diverses protéines pour détecter la lumière

le doctorant de Bäumchen, Christian Kreis, ont découvert que l'adhérence des algues aux surfaces peut être contrôlée par la lumière. Expérimenter avec l'algue verte Chlamydomonas, il a constaté qu'il présentait systématiquement une forte force d'adhérence uniquement sous une lumière blanche. Sous la lumière rouge, les cellules n'adhèrent pas du tout aux surfaces. On sait depuis longtemps que de nombreux micro-organismes s'orientent vers la lumière et, par exemple, nager vers une source lumineuse. Cependant, on ne savait pas auparavant que le mécanisme d'adhérence de l'algue verte peut être activé et désactivé avec la lumière.

Kreis a étudié de plus près la réponse à la lumière et a découvert que Chlamydomonas adhère exclusivement aux surfaces lorsqu'elle est exposée à la lumière bleue. L'algue utilise un certain nombre de protéines spéciales sensibles à la lumière pour détecter la lumière. "Nous pensons que l'adhésivité à commutation de lumière peut être un produit de l'évolution, " dit Christian Kreis. Contrairement au phytoplancton marin, ces micro-organismes apparentés vivent généralement dans des sols humides où ils rencontrent souvent des surfaces. "Si ces surfaces sont exposées au soleil, ce mécanisme astucieux permet aux algues de s'y accrocher et de commencer à faire la photosynthèse, " explique le chercheur.

Les algues avec des photorécepteurs de lumière bleue modifiés pourraient ne pas former de biofilms

Cette découverte ne permet pas en soi d'empêcher la formation de dépôts d'algues sur les parois de verre des bioréacteurs. L'exposition des bioréacteurs à la lumière rouge uniquement pour désactiver l'adhérence ne fonctionne pas, car les algues vertes ont également besoin de lumière bleue pour la photosynthèse. Oliver Bäumchen et Christian Kreis adoptent donc une approche différente. « Nous nous sommes maintenant associés à des microbiologistes qui ont une grande expérience des algues vertes, " dit Bäumchen. " Nous prévoyons d'étudier des cellules dans lesquelles les différents photorécepteurs de lumière bleue sont bloqués pour découvrir lequel de ces photorécepteurs est en fait responsable du déclenchement des propriétés adhésives. " Si des algues avec des photorécepteurs de lumière bleue modifiés pouvaient être cultivées dans grands volumes, nous pourrions peut-être les utiliser dans des bioréacteurs sans la gêne des biofilms se formant sur les surfaces.

L'équipe de recherche d'Oliver Bäumchen s'est concentrée sur l'adhésion commutable des algues vertes pour plusieurs raisons :« Il est généralement intéressant de comprendre le phénomène d'adhésion de surface. Après tout, les forces d'adhésion sont énormes par rapport à la taille des cellules, " dit Bäumchen. Il étudie également les flagelles car leur principe de construction est presque identique à celui des cils dans le corps humain, par exemple dans les poumons.

Christian Kreis s'intéresse également aux moyens de prévenir la formation de biofilms algaux. Il étudie actuellement si l'adhérence peut être activée et désactivée par des déclencheurs autres que la lumière, par exemple par des surfaces portant de faibles charges électriques. "Les biofilms sont gênants dans de nombreuses applications, " dit le chercheur. " Si nous pouvions concevoir des surfaces de telle sorte qu'elles empêchent les micro-organismes de s'y coller, ce serait une aubaine pour de nombreuses applications en médecine, biotechnologie et génie chimique.