LES CYANOBACTÉRIES, « USINES » À TERPÈNES ?
Depuis plusieurs années, l'équipe de Franck et Corinne Chauvat s'intéresse au potentiel des cyanobactéries, microalgues photosynthétiques qui colonisent la plupart des écosystèmes de notre planète, pour la production photosynthétique (capture du CO2) de terpènes, composés organiques d'intérêt pouvant être utilisés dans l'industrie des produits pharmaceutiques et des cosmétiques, des biocarburants ou encore des bioplastiques (voir actualité de novembre 2020). Leur quête de la souche idéale de cyanobactérie pour de telles applications les a conduits i) à utiliser la cyanobactérie robuste Synechocystis PCC 6803, pour laquelle ils ont développé des outils performants pour l'expression de gènes hétérologues, et ii) à explorer sa capacité à produire divers terpènes, chimiquement différents.
PUBLICATION 1
Dans la publication n°1, les chercheurs ont réalisé pour la première fois l'ingénierie et l'analyse comparative de Synechocystis PCC 6803 pour la production photosynthétique de limonène et de pinène, 2 monoterpènes à 10 carbones et de bisabolène, de farnésène et de santalène, 3 sesquiterpènes à 15 carbones. Les 5 souches productrices de terpènes sont robustes et génétiquement stables. Synechocystis PCC 6803 produit de manière efficace et stable du farnésène et du santalène, ce qui est totalement inédit pour cet organisme modèle comme pour toute autre cyanobactérie, à ce jour. Les auteurs ont également montré que Synechocystis PCC 6803 produit efficacement les terpènes lorsque le nitrate, source d'azote usuelle des cyanobactéries, est remplacé par de l'urée, ce qui devrait permettre d'économiser les coûts d'une future production industrielle ou encore de combiner production et dépollution.
PUBLICATION 2
Dans la publication n°2, les chercheurs ont questionné l'implication de CP12, une protéine qui régule l'assimilation du CO2 dans les organismes photosynthétiques via le cycle de Calvin-Benson-Bassham (CBB), dans la production de terpènes chez Synechocystis PCC 6803. Ils ont montré que CP12 régule l'équilibre redox du NADPH qui alimente la voie du méthylérythritol 4-phosphate (MEP) à l'origine de la synthèse des substrats des terpènes synthases : le géranyl-diphosphate (GPP) et le farnésyl-diphosphate (FPP). En absence de CP12, la production des deux types de terpènes est augmentée chez les cyanobactéries exprimant la terpène synthase correspondante. De manière intéressante, les auteurs rapportent que, contrairement à ce qui était attendu, CP12 n'est pas nécessaire à la croissance en photoautotrophie sous lumière continue et sous cycle lumière/obscurité, alors qu'elle est essentielle pour le catabolisme du glucose qui soutient la croissance en l'absence de photosynthèse.
L'ensemble des résultats de ces deux publications montre que Synechocystis PCC 6803 est une « boîte à outils » robuste pour une production photosynthétique optimale de terpènes, classe d'hydrocarbures aux multiples propriétés.
Contact chercheurs :
Publication 1 : Franck Chauvat (franck.chauvat@cea.fr ; franck.chauvat@i2bc.paris-saclay.fr)
Publication 2 : Corinne Cassier-Chauvat (Corinne.Cassier-Chauvat@cea.fr ; corinne.cassier-chauvat@i2bc.paris-saclay.fr)
Texte inspiré des actualités https://www.i2bc.paris-saclay.fr/news-2022/#news86 et https://www.i2bc.paris-saclay.fr/news-2022/#news79 publiées fin 2022 sur le site de l'I2BC.
Au cours de la photosynthèse, le CO2 est assimilé par le cycle de Calvin-Benson-Bassham (CBB), dont les enzymes sont inhibées lors du passage à l'obscurité et activées lors de la transition de l'obscurité à la lumière. CP12, protéine intrinsèquement désordonnée (sans structure tridimensionnelle stable) possède 2 paires de cystéines qui forment des ponts disulfures à l'obscurité et induisent la formation d'une structuration de CP12 en complexe avec deux enzymes clés du CBB qui deviennent inactives. Cette régulation rapide confère au métabolisme de fixation du CO2 une forte plasticité.