Ils reconstituent l’évolution d’une merveilleuse famille d’anciennes protéines bactériennes

Les scientifiques ont réussi à reconstituer l’évolution d’une famille d’anciennes protéines bactériennes ayant des applications industrielles et biotechnologiques potentielles.

L’équipe internationale qui a mené la recherche, composée entre autres de Laura Mascotti, du Conseil national pour la recherche scientifique et technique (CONICET) en Argentine, et de Guang Yang, de l’Université de Groningen aux Pays-Bas, a reconstitué l’évolution d’un famille d’enzymes à fort potentiel pour des applications biotechnologiques : les monooxygénases de Baeyer-Villiger (BVMO).

Les BVMO sont des enzymes qui prélèvent l’oxygène de l’air pour transformer des molécules par un processus d’oxydation. Grâce à une technique appelée « reconstruction de séquences ancestrales », qui permet de savoir, grâce à l’étude de ses ancêtres, comment une protéine acquiert une certaine fonction au fil du temps, l’équipe scientifique a reconstruit son histoire évolutive et a détecté lors de l’acquisition la capacité d’utiliser l’oxygène.

Selon Laura Mascotti, chercheuse au CONICET à l’Institut d’histologie et d’embryologie de Mendoza (IHEM), ces enzymes existent dans les micro-organismes depuis des millions d’années, bien avant que l’atmosphère terrestre ne soit enrichie en oxygène. “Les BVMO sont des protéines très anciennes et on peut retracer avec certitude leur évolution jusqu’aux premières populations bactériennes, un peu avant le ‘grand événement d’oxygénation’, il y a environ entre 2,5 et 2,3 millions d’années”, explique le scientifique récemment intégré à l’IHEM. de créer un groupe de biochimie évolutive, après plusieurs années de travail aux Pays-Bas.

« Notre idée était de comprendre quand ils ont acquis la capacité d’utiliser l’oxygène et comment. Pour ce faire, nous avons abordé le problème à partir de la biochimie évolutive, qui consiste en termes simples à étudier l’évolution de la famille des enzymes pour pouvoir retracer dans le temps comment une fonction a changé ou comment elle l’a acquise. Pour nous, il est très important d’étudier cela car nous voulions comprendre comment les monooxygénases ont “appris” à utiliser l’oxygène”, ajoute le scientifique.

Laura Mascotti. (Photo : CONICET. CC PAR 2,5 AR)

L’étude a montré que les BVMO ont évolué en une série d’étapes, commençant à partir d’une protéine sans activité et acquérant ensuite réactivité et spécificité jusqu’à devenir des enzymes actives. Pris ensemble, les résultats de l’étude illustrent comment un mécanisme catalytique intrinsèquement complexe a émergé au cours de l’évolution.

Les BVMO présentent un potentiel élevé pour les applications biotechnologiques, telles que la production de polymères. Cependant, ils n’ont pas encore pu être utilisés à grande échelle en raison de leur instabilité dans les conditions de fonctionnement et de la nécessité d’ajuster leur sélectivité, dans certains cas. La science visant à approfondir son fonctionnement, et celui des enzymes en général, permet d’améliorer son application pratique. « La biochimie évolutive génère des résultats qui sont essentiels à l’application ultérieure de conceptions rationnelles ou semi-rationnelles de variantes enzymatiques avec une application industrielle, car elle nous permet de connaître et de définir quels sont les « déterminants fonctionnels » d’une enzyme. D’un autre côté, je pense qu’il convient de souligner que la reconstruction de séquences ancestrales n’est pas simplement un autre outil de génie génétique, mais plutôt une approche de « disséquer/démêler » les fonctionnalités et qui peut générer des connaissances inestimables qui seront ensuite utilisées à des fins appliquées. », conclut le scientifique.

L’étude s’intitule « Evolution du mécanisme catalytique à l’aube des monooxygénases Baeyer-Villiger ». Et cela a été publié dans la revue académique Cell Reports. (Source : Leonardo Fernández / CONICET. CC PAR 2,5 AR)