Les diatomées, algues unicellulaires présentes dans les océans du monde entier, jouent un rôle clé dans le cycle du carbone. Les chercheurs savent depuis longtemps que l'assimilation du CO2 atmosphérique par ces micro-organismes, environ 20%, se déroule au sein d'une structure intracellulaire appelée pyrénoïde. Cette dernière est entourée d'une coque, appelée Pyshell, qui contient l'enzyme Rubisco, responsable de la fixation du carbone.
Habituellement, les structures intracellulaires sont protégées par une membrane lipidique. Mais, l'étude franco-japonaise-suisse à laquelle a participé le CEA-Irig révèle que la Pyshell est constituée de protéines. "Cette découverte est porteuse d'implications majeures, car une barrière protéique implique des propriétés physico-chimiques uniques, explique Giovanni Finazzi, chercheur au CEA-Irig. Elle soulève aussi de nouvelles questions : quel processus évolutif a favorisé cette structure ? Et quel rôle cela pourrait-il jouer dans l'efficacité de la fixation du CO₂ par la Rubisco ?"
Une avancée méthodologique et des perspectives pour le futur
Pour parvenir à cette découverte, les chercheurs ont combiné plusieurs techniques d'imagerie de pointe, dont la tomographie cryo-électronique in situ (cryo-ET), la cryo-ET de particules uniques et la microscopie électronique à balayage à faisceau d'ions focalisés (FIB-SEM). Cette combinaison d'approches leur a permis d'observer pour la première fois l'enveloppe protéique en treillis entourant la pyrénoïde. Bien que la structure précise de cette gaine reste à déterminer, des expériences in vitro montrent que les protéines de la Pyshell s'auto-assemblent en tubes hélicoïdaux, ce qui donne aux chercheurs des indices sur sa possible organisation in vivo.
La découverte d'une membrane protéique autour de la pyrénoïde des diatomées ouvre de nouvelles voies pour les recherches en biomatériaux et enrichit notre compréhension de la photosynthèse marine. « Les océans sont des puits de carbone naturels, contenant bien plus d'organismes synthétiques que les forêts, et leur biomasse se renouvelle bien plus rapidement, souligne Serena Flori, co-autrice du même article. En quelques jours seulement, les microorganismes des océans peuvent complètement se régénérer, impliquant un mécanisme d'assimilation du carbone à la fois différent et d'une efficacité remarquable que nous devons encore déchiffrer. »