Un consortium international dirigé par des chercheurs du CEA , en collaboration avec le CNRS, vient de caractériser la structure et la fonction d’une protéine impliquée dans la production de nano-aimants de magnétite chez les bactéries dites magnétotactiques.
Cette protéine, MamP, est au cœur de l’activité métallurgique de la bactérie. C’est elle qui confère à la magnétite ses propriétés d’aimant. Il s’agit là d’une avancée importante dans la compréhension de ces bactéries et des processus de biominéralisation de la magnétite. Elle devrait permettre d’élargir le champ des applications biotechnologiques de ces nano-aimants, notamment en imagerie médicale et en dépollution des eaux. Ces résultats sont publiés sur le site de Nature le 6 octobre 2013.
Les bactéries magnétotactiques ont la capacité de synthétiser des nano-cristaux de magnétite (Fe3O4) leur permettant de s’orienter le long du champ magnétique terrestre afin de trouver la colonne d’eau la plus favorable à leur survie. L’alignement de ces nano-aimants agit comme l’aiguille d’une boussole. Or, la synthèse de ces cristaux de magnétite est encore un processus largement incompris et complexe. En effet, la magnétite est un savant mélange d’oxygène et de fer sous deux états d’oxydo-réduction différents [Fe(II)Fe(III)2O4]. Les chercheurs ont montré dans cette étude comment la bactérie produisait ces deux espèces de fer, dont l’une, le Fe(III), est quasiment insoluble.
La détermination de la structure de la protéine MamP a permis de montrer pour la première fois qu’une partie de cette protéine possède un repliement original appelé « magnétochrome », que l’on ne trouve que chez les bactéries magnétotactiques. Celui-ci se caractérise par une forme de creuset pouvant accueillir du fer. Des expériences complémentaires ont permis de démontrer que MamP a la capacité d’oxyder du Fe(II) en Fe(III) et de stabiliser ce dernier dans son creuset. Des études de mutagenèse dirigée et de phénotypage des variants de bactéries magnétotactiques ont par la suite confirmé l’importance physiologique de ce creuset.
Enfin, des expériences in vitro ont montré que MamP, incubée en présence de Fe(II) seul, permet de produire un précurseur de la magnétite, prouvant que le Fe (III) est bien le résultat de l’activité de cette protéine.
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Cette étude fondamentale lève le voile sur une partie du processus de biominéralisation du fer et de la synthèse de nano-aimants chez une bactérie magnétotactique. Les applications potentielles de ces nano-aimants sont très prometteuses. Ils pourraient, par exemple, être exploités comme agent de contraste en IRM. Autre application possible : la dépollution. En effet, équipées d’une enzyme qui dégrade des agents polluants, les bactéries magnétotactiques pourraient servir à traiter des effluents et être ensuite facilement récupérées par aimantation.
