Transformer un déchet toxique en ressource énergétique : une énigme biochimique résolue
Clostridium autoethanogenum est un microbe surprenant, capable de se nourrir de monoxyde de carbone (CO) pur : un gaz toxique pour la plupart des organismes, y compris les humains. Le microbe convertit majoritairement ce gaz en éthanol, ce qui en fait un organisme prometteur pour la synthèse de biocarburants. Malgré son intérêt pour la biotechnologie, le mécanisme exact par lequel la bactérie transforme le monoxyde de carbone en alcool demeurait jusqu'à présent mal compris. En particulier, la conversion de l'acétate en acétaldéhyde, une étape clé du processus, était remise en question au sein de la communauté scientifique.
Les chercheurs de l'IBS (Institut de Biologie Structurale, CEA-Irig) et de l'Institut Max Planck ont identifié l'enzyme en charge de cette étape clé du processus de production d'éthanol ; appelée « aldéhyde:ferrédoxine oxydoréductase » (AFOR). Cette enzyme contient du tungstène, l'atome le plus lourd utilisé dans des processus biologiques naturels connus. Ils ont réussi à isoler cette enzyme et à en déterminer la structure atomique par cristallographie aux rayons X, ce qui leur a permis de décrire la configuration précise du centre catalytique liant le tungstène et de son environnement moléculaire.
Après de longues expérimentations, les chercheurs ont également trouvé le moyen de réactiver l'enzyme, initialement inactive après son isolation hors de la bactérie. Ils ont alors pu démontrer sa capacité à réduire une large gamme de substrats, ouvrant la voie à la production d'autres alcools que l'éthanol.
Une réaction défavorable rendue possible grâce à la coopération enzymatique
Pour vérifier que la réaction remise en cause pouvait exister dans l'organisme, les chercheurs ont reconstitué in vitro une voie enzymatique artificielle. En reproduisant le couplage enzymatique présent dans la bactérie, ils ont confirmé que la conversion de l'acétate en éthanol est biologiquement réalisable.
Ces résultats comblent un maillon manquant dans la compréhension du métabolisme de C. autoethanogenum et ouvrent la voie à de nouvelles stratégies d'ingénierie métabolique pour la production de biocarburants et de molécules d'intérêt à partir de gaz industriels polluants. Cette avancée représente un pas supplémentaire vers une économie circulaire du carbone, où les déchets gazeux pourraient devenir des ressources énergétiques renouvelables.