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Posté par Adrien le Vendredi 01/12/2017 à 00:00
Comment les bactéries marines se nourrissent des polysaccharides sulfatés des algues rouges
Les algues rouges, comme les animaux, produisent des polysaccharides sulfatés qui sont les composants majoritaires de leur matrice extracellulaire. Ces polymères complexes, nommés carraghénanes, ont des propriétés rhéologiques et biologiques uniques et sont notamment utilisés comme gélifiants dans l'industrie. Un consortium international, coordonné par la Station Biologique de Roscoff (Roscoff est une commune du département du Finistère, en région Bretagne, en France. Elle est aujourd'hui une station balnéaire dynamique. Les habitants s'appellent les Roscovites.), et impliquant des chercheurs de l'INRA, du Génoscope-CEA et des universités de Milwaukee (USA) et d'Australie (L’Australie (officiellement Commonwealth d’Australie) est un pays de l’hémisphère Sud dont la superficie couvre la plus grande partie de l'Océanie. En plus de...) Occidentale, a décrypté la voie complète d'utilisation des carraghénanes par les bactéries marines. Cette étude publiée le 22 novembre 2017 la revue Nature Communications, permet de mieux comprendre les mécanismes moléculaires par lesquels ces microorganismes recyclent la matière organique (La matière organique (MO) est la matière carbonée produite en général par des êtres vivants , végétaux, animaux, ou micro-organismes. Il...) dans les écosystèmes côtiers et constitue une avancée majeure pour la biotechnologie (L’OCDE définit les biotechnologies comme "l’application de la science et de la technologie aux organismes vivants à d’autres matériaux vivants ou non vivants, pour la production de savoir, biens et services.") bleue et la valorisation de la biomasse ( En écologie, la biomasse est la quantité totale de matière (masse) de toutes les espèces vivantes présentes dans un milieu naturel donné. Dans le domaine de l'énergie, le terme de biomasse regroupe l'ensemble des...) algale.


Figure. Locus d'utilisation des carraghénanes de la bactérine marine Zobellia galactanivorans. Les gènes sont annotés selon leur famille dans les bases de données CAZY (GH127, GH129-like, http://www.cazy.org/) et SulfAtlas (S1-7, S1-17, S1_17, http://abims.sb-roscoff.fr/sulfatlas/) ou selon leur activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) enzymatique. Les structures 3D de la alpha-1,3-(3,6-anhydro)-D-galactosidase DagB (ZGAL_3152, dimère) et de la 3,6-anhydro-D-galactonate cycloisomerase DauB (ZGAL_3156, octamère) sont représentées selon le mode conventionnel "cartoon".
© Gurvan Michel
© Vignette illustrant le résumé: Jonas (JOnAS est un serveur d'application open-source (licence LGPL) multi-systèmes d'exploitation, et multi bases de données, permettant de bâtir aisément des services applicatifs métier. Il est adapté aux applications critiques. Il est...) Collén. Algue (Les algues sont des êtres vivants capables de photosynthèse dont le cycle de vie se déroule généralement en milieu aquatique. Elles constituent une part très...) rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) Chrondrus crispus

Les algues rouges sont parmi les organismes eucaryotes les plus anciens de notre planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa...) et partagent une parenté lointaine avec les plantes terrestres. Elles jouent un rôle écologique essentiel en contribuant à la production primaire des écosystèmes côtiers à travers le monde (Le mot monde peut désigner :). Les macroalgues rouges ont une paroi cellulaire, qui est principalement constituée de galactanes sulfatés (agars ou carraghénanes). De tels polysaccharides sulfatés sont absents des plantes terrestres, mais se retrouvent dans la matrice extracellulaire des animaux (glycosaminoglycanes).

Depuis plus de 70 ans, les carraghénanes sont exploités par l'industrie agroalimentaire pour leurs propriétés gélifiantes et épaisissantes sous le code d'additif E407. Ces polysaccharides complexes et leurs oligosaccharides dérivés ont également des propriétés biologiques prometteuses (anticoagulant, antiviral (Un antiviral désigne une molécule perturbant le cycle de réplication d'un ou de plusieurs virus, permettant ainsi de ralentir mais rarement d'arrêter une...), immunomodulateur, etc). D'un point (Graphie) de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) écologique, les carraghénanes constituent une source de nutriment précieuse pour les bactéries marines hétérotrophes vivant en milieu côtier. Mais le catabolisme des carraghénanes restait jusqu'à présent largement méconnu.

Pour découvrir les gènes responsables de l'utilisation des carraghénanes, les chercheurs ont pu s'appuyer sur le génome (Le génome est l'ensemble du matériel génétique d'un individu ou d'une espèce codé dans son ADN (à l'exception de certains virus dont le...) d'une bactérie (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart des...) marine bien connue pour ses capacités à dégrader les polysaccharides d'algues, Zobellia galactanivorans. Ils ont ainsi mené un vrai travail de détective en combinant des approches de bioinformatique et d'analyses transcriptomiques leur permettant d'identifier les gènes candidats les plus probables. Ces gènes font partie d'un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle...) de gènes induits (régulon) par les carraghénanes, comprenant un locus d'utilisation de polysaccharides (PUL en anglais) et des gènes distants incluant un transporteur (Un transporteur dirige une entreprise commerciale spécialisée dans le transport de personnes, de marchandises, de fonds ou d'énergie. Il exerce, dans la plupart des pays une profession réglementée.), dépendant de TonB, spécifique des oligo-carraghénanes. Ce régulon a été étudié par une combinaison (Une combinaison peut être :) d'approches biochimique, cristallographique et génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les...) permettant pour la première fois la description de voie catabolique complète des carraghénanes, des étapes initiales d'hydrolyse des polysaccharides à la bioconversion en 4 étapes du 3,6-anhydro-D-galactose (sucre unique aux carraghénanes) en glycéraldéhyde-3-P et en pyruvate.

Cette étude représente une avancée importante dans la compréhension des mécanismes moléculaires cachés derrière les modèles écologiques qui tentent d'expliquer le recyclage (Le recyclage est un procédé de traitement des déchets industriels et des déchets ménagers qui permet de réintroduire, dans le cycle de production d'un produit, des matériaux qui le composent. L'un des exemples qui...) de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide,...) organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande classe de molécules à base de carbone : les...) dans les océans (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par Jacques Perrin et Jacques Cluzaud dont le tournage a commencé...). C'est aussi une percée dans le domaine de la biotechnologie bleue. En effet ce travail fournit maintenant tous les outils enzymatiques pour développer des approches de bioraffinerie des algues rouges ou pour modifier à façon la structure des carraghénanes et donc leurs propriétés biologiques.

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Source: CNRS-INSB