Stockage énergétique dans des organismes vivants.

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Des chercheurs de l'Université de Californie, Los Angeles, ont découvert l'étonnant moyen de stockage d'énergie développée par une espèce d'archée appelée Methanosprillum hungatei. Extrêmement efficaces en termes d'efficacité de stockage, ces structures subcellulaires présentent un intérêt particulier pour le domaine des biotechnologies.

Deux granules de stockage d'énergie très efficaces, une cellule

Methanosprillum hungatei (M. hungatei) fait partie du groupe des Archées, qui se différencie des bactéries et des organismes pluricellulaires eucaryotes. Les Archées sont des procaryotes, parmi les plus anciens connus, et ne présentent donc ni noyau, ni organites cellulaires. Elles présentent cependant des similitudes avec les eucaryotes au niveau de certains caractères biochimiques tels que la composition de leur membrane cellulaire, certains gènes et certaines voies métaboliques. Elles sont caractérisées par leur aptitude à utiliser une large gamme de sources d'énergie pour se développer et occupent par conséquent souvent des niches écologiques très particulières. Cette capacité à survivre dans des milieux parfois très impropres à la vie (forte acidité, températures extrêmes, ou salinité élevée) en font des sujets d'études particulièrement intéressants.

Robert Gunsalus, chercheur en microbiologie à UCLA s'intéresse à M. hungatei, qui présente la particularité de se développer en milieu anaérobie (en l'absence d'oxygène) et donc dans des milieux extrêmement pauvres en énergie, et ce pendant plusieurs années. M. hungatei joue le rôle de nettoyeur organique au travers de son action symbiotique avec certaines bactéries, en brisant les molécules organiques et en produisant du méthane. En collaboration avec Hong Zhou, expert en nano-imagerie, il a étudié les structures subcellulaires présentes dans l'archée, afin de mieux comprendre le fonctionnement de cet organisme. Les deux chercheurs ont utilisé des techniques d'imagerie nanoscopique, développées à l'Institut de NanoSystèmes de Californie (CNSI) basé à UCLA et ont observé l'existence de deux granules, d'un diamètre de 150 nanomètres, situés chacun à une extrémité de M. hungatei. Ces granules sont observables sous forme de taches sombres et sont caractérisée par une densité élevée, environ quatre fois celle de l'eau. Représentant chacun moins de 0.5% du volume de la cellule, ces granules stockent cependant une quantité d'énergie 100 fois supérieure à celle stockée dans le reste de la cellule, et constituent donc de formidables réservoirs.

L'étude du développement de M. hungatei a montré que deux granules sont systématiquement produits par chaque cellule, qu'ils sont placés au même endroit et se développent à la même période du cycle de vie de la cellule. Ces éléments soutiennent l'hypothèse d'un contrôle génétique de la formation de ces granules et les chercheurs profitent du séquençage récent du génome de l'archée pour tenter de découvrir les gènes responsables de la formation de ces structures. Ils espèrent pouvoir répliquer ce phénomène et ainsi rendre possible l'intégration de ces granules dans des cellules modifiées génétiquement. Les granules pourraient en effet constituer de véritables piles et supporter ainsi des processus cellulaires complexes. En parallèle, les chercheurs continuent à étudier les granules afin de déterminer leur rôle exact dans la physiologie de M. hungatei. Les hypothèses actuelles incluent l'alimentation énergétique des flagelles qui rendent la cellule mobile, le support du processus de division cellulaire ou encore un rôle protecteur contre l'empoisonnement aux métaux lourds comme le fer ou le cuivre.

Un organisme plein de surprises

Bien que cette découverte constitue une piste de développement intéressante, M. hungatei n'a pas encore livré tous ses secrets. Grâce aux instruments d'imagerie avancée à leur disposition, les chercheurs ont en effet également pu étudier la gaine de nanostructures constituant une sorte de "bouclier cellulaire" autour de M. hungatei, lui permettant de se protéger des environnements très rudes dans lesquels elle évolue. Cette structure avait été découverte dès 1970 mais n'avait pas pu être étudiée en détails par manque de techniques d'imagerie suffisamment fines. L'équipe constituée à UCLA possède à présent les ressources et l'expertise pour essayer d'en apprendre plus sur les caractéristiques très particulières de M. hungatei et les mettre à profit.