Une équipe de chercheurs est récemment parvenue à modéliser les mécanismes impliqués dans la conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique par une bactérie primitive. Explications.

Le rôle central du chromatophore

Après des années de travail, impliquant l’utilisation de plusieurs supercalculateurs installés aux États-Unis pour simuler ce processus biologique incroyablement complexe, des chercheurs sont enfin parvenus à recréer numériquement la façon dont la bactérie pourpre capte et convertit l’énergie lumineuse en énergie chimique. Un processus proche de la photosynthèse des plantes, à la différence près que celui-ci ne génère pas des molécules d’oxygène. Existant depuis environ 3 milliards d’années, cette bactérie primitive a été choisie en raison de l’efficacité avec laquelle elle génère de l’énergie chimique et de sa relative simplicité.

On trouve la bactérie pourpre dans les profondeurs des lacs et des étendues d’eau stagnante, où celle-ci survit en captant une quantité minime de photons à l’aide d’un organite de forme sphérique, connu sous le nom de chromatophore. Grâce à un ensemble de protéines particulières et une cascade de réactions, le chromatophore de ce micro-organisme lui permet de fabriquer et de stocker de l’énergie chimique, indispensable à son métabolisme, sous forme de molécules d’adénosine triphosphate, comme c’est le cas pour l’ensemble des organismes vivants.

Leurs travaux ont été présentés dans la revue Cell.

Image d’illustration — Dmitri Ma / Shutterstock.com

Une simulation numérique hors normes

Bien évidemment, modéliser numériquement ces différents processus s’est révélé incroyablement complexe. Il a en effet fallu pas moins de 136 millions d’atomes pour y parvenir, ce qui contribue à faire de cette simulation la plus importante jamais réalisée sur un objet biologique complexe. Pour réaliser ce tour de force décrivant le déroulement moléculaire de la photosynthèse milliseconde après milliseconde, les chercheurs ont fait appel aux machines du Département américain de l’Énergie et du Centre américain des applications pour supercalculateurs, réalisant un million de milliards d’opérations par seconde.

Fondées sur des expériences de microscopie à force atomique afin de déterminer la composition en protéines du chromatophore, les recherches menées par cette équipe internationale de scientifiques (États-Unis, France, Angleterre, Canada et Allemagne) ont souligné l’incroyable robustesse de l’organite de la bactérie pourpre, capable de s’adapter à des conditions de salinité et d’acidité très variables et à des environnements très peu lumineux sans que son système ne se dérègle dans le cadre d’une forte exposition aux photons.

Dans le même temps, ces travaux ont également mis en évidence l’importance de la réorganisation de protéines et des changements de configuration à la surface du chromatophore permettant d’optimiser sa morphologie. Selon les chercheurs, les zones lisses et incurvées permettraient de favoriser les réactions photosynthétiques, le transport d’électrons ainsi que la fabrication de molécules d’adénosine triphosphate.

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