Les enzymes, acteurs clés du métabolisme cellulaire, orchestrent les réactions chimiques indispensables à la production d'énergie et à la transformation des constituants cellulaires. Comprendre l'origine et l'évolution de leurs propriétés fonctionnelles reste un enjeu scientifique majeur, car celles-ci résultent d'une longue histoire évolutive.
Dans le cadre d'une collaboration interdisciplinaire, les chercheurs de l'Irig/IBS ont caractérisé des enzymes anciennes qualifiées d'extrêmophiles – capables d'agir dans des conditions environnementales extrêmes (température, pression, …) – en mobilisant des outils de la paléo-enzymologie permettant de comprendre comment se sont construites certaines enzymes d'aujourd'hui.
Certains micro-organismes, notamment les archées méthanogènes – des procaryotes unicellulaires producteurs de méthane – ont colonisés de nombreux environnements dont certains proches de 100 °C, comme ceux observés au niveau des sources hydrothermales océaniques. Leurs enzymes se sont donc adaptées pour fonctionner dans ces conditions extrêmes. En s'appuyant sur une enzyme du métabolisme, la malate déshydrogénase, et en combinant approches de biochimie évolutive et analyses biophysiques avancées, les chercheurs ont pu identifier les mutations clés ayant permis l'adaptation de cette enzyme au fil du temps, capable de résister à des conditions de radioactivité et de température considérées comme extrêmement délétères. Jusqu'à présent la capacité de résistance à la radioactivité n'avait été mise en évidence qu'au niveau de certaines cellules, en particulier via des mécanismes de protection/réparation de l'ADN. Pour la première fois, des chercheurs de l'Irig/IBS, démontrent qu'il existe une capacité favorable de résistance contre la radioactivité et que cette propriété protéique est très ancienne.
Ce lien entre stabilité thermique d'une enzyme et sa capacité de résistance aux rayonnements ouvre de nouvelles pistes pour comprendre les conditions d'émergence de cellules anciennes sur une Terre plus radioactive qu'aujourd'hui ou sur d'autres planètes. Par ailleurs, ces découvertes alimentent les recherches sur l'ingénierie d'enzymes robustes, capables de fonctionner dans des environnements extrêmes, notamment pour la dépollution de sites radioactifs.
Les Archaea méthanogènes anciennes habitaient un environnement très chaud et radioactif (D. Mardern - IRIG/IBS)