Nouvelle recherche de l'Université de Liverpool, publié dans la revue Nanoéchelle , a sondé la structure et les propriétés matérielles des machines à protéines chez les bactéries, qui ont la capacité de convertir le dioxyde de carbone en sucre par photosynthèse.

Les cyanobactéries sont un phylum de bactéries qui produisent de l'oxygène et de l'énergie lors de la photosynthèse, semblable aux plantes vertes. Ils font partie des organismes les plus abondants dans les océans et les eaux douces. Des « machines » internes uniques en cyanobactéries, appelés carboxysomes, permettre aux organismes de convertir le dioxyde de carbone en sucre et avoir un impact sur la production mondiale de biomasse et notre environnement.

Les carboxysomes sont des structures polyédriques à l'échelle nanométrique constituées de plusieurs types de protéines et d'enzymes. Jusque là, on sait peu de choses sur la façon dont ces « machines » sont construites et maintiennent leur organisation pour effectuer une activité de fixation du carbone.

Des chercheurs de l'Institut universitaire de biologie intégrative, dirigé par le Dr Luning Liu, chercheur universitaire de la Royal Society, examiné en profondeur la structure native et la rigidité mécanique des carboxysomes à l'aide de microscopes avancés et d'approches biochimiques.

Pour la première fois, les chercheurs ont pu purifier biochimiquement les carboxysomes actifs des cyanobactéries et caractériser leur activité de fixation du carbone et leur composition protéique. Ils ont ensuite utilisé la microscopie électronique et la microscopie à force atomique pour visualiser la morphologie et l'organisation interne des protéines de ces machines bactériennes.

Par ailleurs, les propriétés mécaniques intrinsèques des structures tridimensionnelles ont été déterminées pour la première fois. Bien que structurellement ressemblant à des virus polyédriques, les carboxysomes se sont révélés beaucoup plus mous et structurellement flexibles, ce qui est corrélé à leur dynamique de formation et à leur régulation chez les bactéries.

Dr Liu, a déclaré :« C'est passionnant que nous puissions établir le premier « contact » avec ces nano-structures et comprendre comment elles s'auto-organisent et se façonnent à l'aide des techniques de pointe disponibles à l'Université. Nos résultats fournissent de nouveaux indices sur la relation entre la structure et la fonctionnalité des carboxysomes natifs."

Les caractéristiques d'auto-assemblage et de modularité des carboxysomes en font des systèmes intéressants pour les nanoscientifiques, biologistes synthétiques et bio-ingénieurs, qui espèrent trouver des moyens de concevoir de nouveaux nanomatériaux et nano-bioréacteurs.

« Nous commençons tout juste à comprendre comment ces machines bactériennes sont construites et fonctionnent dans la nature. Notre vision à long terme est d'exploiter les connaissances pour progresser vers une meilleure conception et ingénierie des machines bio-inspirées, " a ajouté le Dr Liu, "Les connaissances et les techniques peuvent être étendues à d'autres machines biologiques."