Les cyanobactéries suscitent un intérêt toujours croissant en raison de leur capacité à utiliser l'énergie solaire, l'eau, le CO2 et les minéraux pour produire des composés chimiques d'intérêt biotechnologique. Cela nécessite souvent l'introduction et l'expression de gènes hétérologues codant pour des enzymes qui ne sont pas présentes naturellement dans les cyanobactéries. Or, seule une poignée de souches modèles dotées d'un système de génétique bien établi sont étudiées à ce jour. Les chercheurs de la présente étude considèrent que le moment est venu d'élargir le panel des cyanobactéries modèles afin de mieux exploiter leur immense biodiversité.
Cyanothece PCC 7425 est une cyanobactérie photosynthétique unicellulaire, diazotrophe (fixation de l'azote atmosphérique) isolée en 1972 dans une rizière au Sénégal mais qui reste à ce jour très peu connue, malgré des atouts évidents. Elle est robuste et possède de grosses cellules ce qui facilite les analyses d'assemblage et de localisation de machineries subcellulaires. En outre, elle est capable (i) de séquestrer le CO2 sous forme de granules intracellulaires de Ca2CO3, (ii) de fixer l'azote atmosphérique en anaérobiose, et (iii) de croitre en présence d'urée, un polluant, comme seule source d'azote.
Ici, les chercheurs montrent pour la première fois que des plasmides réplicatifs à large spectre d'hôte, construits dans leur laboratoire, peuvent être utilisés chez Cyanothece PCC 7425 pour l'analyse du contrôle (i) de l'expression des gènes, (ii) de la production de protéines hétérologues et de produits d'intérêt, (iii) de la localisation sub-cellulaire de protéines et (iv) de l'assemblage et la distribution sub-cellulaire de micro-compartiments tels que le carboxysome, qui fixe le CO2 atmosphérique.
En utilisant cette nouvelle boite à outils génétique, les chercheurs montrent également qu'il est possible de faire produire à Cyanothece PCC 7425 du limonène, un mono-terpène à forte valeur ajoutée, très largement utilisé dans l'industrie des cosmétiques et produits pharmaceutiques, des biocarburants et des bioplastiques.
Schéma de la boite à outils Cyanothece adapté de Wikipédia (limonène) et Alchetron (Cyanothece)
Il s'agit de la première étude sur l'ingénierie d'une souche du genre Cyanothece pour la production d'une molécule chimique d'intérêt et la première démonstration que du limonène peut être produit par une cyanobactérie reprogrammée se développant sur l'urée comme seule source d'azote. On pourrait envisager de réduire les coûts de production de composés d'intérêt en l'utilisant par exemple dans le traitement des eaux usées.
Contact chercheur : franck.chauvat@cea.fr