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S'inspirer de la nature : c'est ce qu'ont fait des chercheurs qui ont analysé la photosynthèse chez neuf organismes, des archéesarchées, des bactériesbactéries et des plantes, représentant donc les trois branches du vivant. Tous utilisent une batterie d'enzymesenzymes pour mettre en branle une mécanique chimique compliquée utilisant l'énergieénergie solaire pour fabriquer des moléculesmolécules organiques (des chaînes de carbonecarbone) à partir du CO2 de l'airair. Mais chacun a ses petits secrets de cuisine et l'efficacité n'est pas la même pour tous, d'autant que ces organismes sont adaptés à des milieux différents.
Les biochimistesbiochimistes ont jusqu'à présent découvert chez les organismes vivants six voies différentes pour mener à bien cette photosynthèse. L'équipe germano-suisse, menée par Thomas Schwander, de l'institut Max PlanckMax Planck, en Allemagne, a en quelque sorte cherché le meilleur en étudiant de près 40.000 enzymes connues pour œuvrer à la photosynthèse.
Les neuf organismes dont les enzymes ont été passées au crible. L'Homme y figure bien que ses cellules ignorent la photosynthèse. Les réactions chimiques qu'elle exploite sont en effet du même type que d'autres (effectuant des transferts d'électrons par exemple), qui existent aussi chez les animaux. L'image est extraite d'une vidéo où Thomas Erb explique, en anglais, les clés de ce travail. © Institut Max Planck
La photosynthèse artificielle veut imiter la vraie, en l'optimisant
Elle vient de présenter une septième voie, inconnue de la nature, dans la revue Science. Cette sorte de photosynthèse artificielle repose sur une chaîne de réactions cyclique catalysée par 17 enzymes, qui ont été synthétisées en modifiant plus ou moins leurs modèles naturels. L'ensemble ressemble au cycle de Calvin (une des six voies connues, du nom de son découvreur récompensé par le prix Nobel 1961), lequel réalise ce travail chez la plupart des végétaux, dans les chloroplastes nichés au sein de leurs cellules. Cette septième voie a été baptisée cycle CETCH par l'équipe, du nom de la série d'enzymes : crotonyle-CoA/éthylmalonyle-CoA/hydroxybutyryle-CoA. Il ne s'agit pas de photosynthèse puisque la lumièrelumière, ici, n'est pas la source d'énergie dans cette expérience de laboratoire. La question est celle de la fixation du carbone.
Comme chez les organismes vivants autotrophes exploitant la photosynthèse, ce mécanisme chimique repose sur la « coenzymecoenzyme A » (ou CoA), une molécule clé du métabolisme, qui intervient aussi, par exemple, dans la respiration. En revanche, elle dédaigne la « RubiscoRubisco », une enzyme du cycle de Calvin que les chercheurs trouvent bien trop lente.
C'est en sélectionnant les bonnes enzymes, voire en les modifiant, et en prenant en compte le rendement global de toute la réaction, que les chercheurs ont pu augmenter la vitessevitesse de cette photosynthèse artificielle. « Il ne suffit pas de trouver les bonnes enzymes. Il faut qu'elles forment une bonne équipe », résume Thomas Erb, l'un des trois auteurs, dans une vidéo (voir le lien dans la légende de l'image ci-dessus). Leur cycle CETCH est vingt fois plus rapide, affirme-t-il dans un communiqué.
La réaction a été réalisée in vitroin vitro et reste cantonnée au laboratoire et son échelle se limite à l'éprouvetteéprouvette. Mais les chercheurs, qui travaillent dans le domaine de la biologie synthétique, imaginent qu'un jour, par un procédé d'ingénierie ou par modification génétiquegénétique de micro-organismesmicro-organismes photosynthétiques, le cycle CETCH pourrait servir à absorber du dioxyde de carbone de l'atmosphère ou à mettre au point des procédés de photosynthèse artificielle. « Le métabolismemétabolisme synthétique du futur » conclut Thomas Erb dans la vidéo.
