Un complexe membranaire aide les micro-organismes mangeurs de roches à convertir le CO2 en biomasse

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.

« 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.