La chlorelle est une algue verte unicellulaire d'eau douce faisant partie des quelques microalgues cultivées industriellement et candidates pour la production de molécules carbonées riches en énergie.
Des chercheurs du Biam ont identifié chez cette microalgue une enzyme clef pour la synthèse d’hydrocarbures en la traçant grâce à son activité, puis en déterminant une liste de candidats possibles grâce à une analyse protéomique. L’expression dans la bactérie E. coli du gène codant pour la principale de ces enzymes candidates a mis en évidence la production d’hydrocarbures, démontrant que cette enzyme est nécessaire et suffisante pour synthétiser des hydrocarbures. La caractérisation de l’enzyme pure a révélé qu’elle est capable de couper un acide gras en une molécule d’hydrocarbure et une molécule de CO2 et que cette activité nécessite de la lumière.
Vue stylisée d’une molécule de FAP convertissant des acide gras en hydrocarbures sous l’effet de la lumière bleue. La FAP est au centre. A sa gauche en jaune: molécules d’acides gras ; à sa droite en mauve : molécules d’hydrocarbures. © Caroline EPLE
Les chercheurs ont aussi montré qu’un cofacteur présent dans l’enzyme permet de capter la lumière bleue. La structure tridimensionnelle de l’enzyme, déterminée par une étude de diffraction aux rayons X menée au synchrotron européen (ESRF), et des études de spectroscopie d’absorption cinétique réalisées à l'Institut Frédéric-Joliot (I2BC), ont permis de proposer un modèle du mécanisme de l’enzyme. L’acide gras est positionné dans un tunnel hydrophobe au bout duquel se trouve le cofacteur. Ce dernier, lorsqu’il est excité par la lumière bleue, vient arracher un électron au groupement carboxyle de l’acide gras, ce qui provoque la décarboxylation spontanée en une molécule d’hydrocarbure.
La découverte de cette enzyme baptisée FAP (acide gras photo-décarboxylase) revêt un grand intérêt d’un point de vue fondamental car à ce jour, seulement quatre biocatalyseurs capables d’utiliser l’énergie lumineuse (photoenzymes) ont été découverts. La FAP est au moins dix fois plus rapide que la meilleure enzyme de synthèse d’hydrocarbures connue et utilise la lumière, ce qui pourrait en faire un outil biotechnologique très efficace pour la synthèse d’hydrocarbures.
Ce résultat a fait l'objet d'un communiqué de presse.