Les micro-organismes dits « mangeurs de roches » obtiennent leur énergie pour convertir le dioxyde de carbone (CO2) à partir de sources inorganiques et constituent la grande majorité des producteurs de biomasse. À l’aide de la microscopie électronique et de la spectroscopie infrarouge, une équipe de recherche des universités de Potsdam et de Marbourg a étudié la structure de DAB2 chez la bactérie soufrée Halothiobacillus neapolitanus. Leurs résultats ont été publiés dans « Nature Communications ».
Le dioxyde de carbone (CO2) est un composant de l’atmosphère et fournit l’élément essentiel à toute vie sur Terre : le carbone. Les producteurs primaires autotrophes – des organismes comme les cyanobactéries et les plantes qui convertissent le CO2 en glucides complexes en utilisant l’énergie solaire – jouent un rôle clé dans la conversion du CO2. Ce processus produit de la biomasse sous forme de glucose, d’amidon et de cellulose. Contrairement aux producteurs primaires, cependant, la majorité des micro-organismes ne tirent pas leur énergie de la lumière solaire mais utilisent plutôt des sources inorganiques telles que H2, CO2 ou divers composés soufrés. Ces bactéries sont appelées micro-organismes lithotrophes ou « mangeurs de roches ».
Lorsque le CO2 réagit avec l’eau, de l’acide carbonique se forme, qui se décompose en bicarbonate (HCO3–). Le CO2 entre spontanément dans la cellule bactérienne et peut également en sortir ; la molécule chargée HCO3– ne peut en revanche pas traverser la membrane cellulaire sans un apport énergétique supplémentaire. Normalement, la dégradation de la molécule d’ATP fournit l’énergie nécessaire au transport de HCO3– dans la cellule, mais ce n’est pas le cas chez les micro-organismes lithoautotrophes. Ces organismes habitent souvent des habitats extrêmes et ne doivent pas gaspiller d’ATP. Chez ces organismes, le complexe membranaire DAB2 garantit que le HCO3– est produit directement à partir du CO2 à l’intérieur de la cellule.
L’équipe de recherche de Potsdam et de Marbourg a étudié le mécanisme qui permet à DAB2 d’accumuler sélectivement le HCO3– dans la cellule d’une manière indépendante de l’ATP.
« Grâce à la microscopie électronique, nous avons examiné la structure de DAB2 de la bactérie soufrée Halothiobacillus neapolitanus et avons pu montrer que la réaction de l’acide carbonique décrite ci-dessus est couplée au gradient de concentration à travers la membrane cellulaire », explique le Dr Jan Schuller, responsable du groupe Emmy Noether à l’Université de Marbourg.
Un gradient de concentration, en tant que différence de concentration de particules à l’intérieur et à l’extérieur de la cellule, se forme à travers la membrane cellulaire en raison de l’accumulation sélective de particules chargées, comme les protons (H+). Cela représente un principe général de stockage d’énergie biologique.
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« Sur la base des données spectroscopiques, nous avons développé une théorie selon laquelle les micro-organismes lithoautotrophes utilisent le gradient de concentration à travers la membrane cellulaire pour catalyser une conversion indépendante de l’ATP du CO₂ en HCO3– », ajoute le Dr Sven Stripp de l’Université de Potsdam, qui dirige un groupe de recherche Heisenberg à l’Institut de chimie.
En conséquence, le métabolisme énergétique de ces micro-organismes est très efficace, permettant aux mangeurs de roches d’accumuler de la biomasse même dans des conditions hostiles.
Article : Structural basis of membrane potential coupled vectorial CO₂ hydration by the DAB2 complex in chemolithoautotrophs – Journal : Nature Communications – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude
Source : Potsdam U.
