Établissement coordinateur : CNRS

Responsable du projet : Hélène Launay
Durée du projet : 60 mois | 1 janvier 2025 → 31 décembre 2029

Subvention : 1 116 195 €

 

Établissements partenaires :  CEA 

Hélène Launay

La bioconversion du CO₂ par la RuBisCO atteint 10¹⁴ kilogrammes par an sur Terre, et alimente l’ensemble des flux de carbones des réseaux trophiques. L’activité de carboxylation du Ribulose 1,5 bisphosphate (RuBP) de la RuBisCO est en compétition avec l’activité d’oxygénation, et le ratio O₂/CO₂ est très variable dans le temps et l’espace dans les écosystèmes aquatiques, la diffusion du CO₂ dans l’eau est moins efficace que celle de l’O₂, et le carbone inorganique dissout (DIC) est en majorité présent sous la forme de bicarbonate. Les microorganismes photosynthétiques aquatiques possèdent des mécanismes de concentration du CO₂ (CCM) qui alimentent un flux de CO₂ vers le site de la RuBisCO, afin de favoriser la carboxylation contre l’oxygénation. Les CCM ont deux particularités : (i) des transporteurs de bicarbonates et des anhydrases carbonique leur permettent de mobiliser le bicarbonate dissout. (ii) Une deuxième particularité est que la RuBisCO n’est pas repartie de manière homogène dans le cytoplasme des cyanobactéries ou dans les plastides des eucaryotes photosynthétiques. Au contraire, les RuBisCO sont rassemblées à très haute concentration dans ces condensats biomoléculaires : des carboxysomes, structures semicrystalines chez les cyanobacteries ou des pyrénoïdes, semi-rigides chez les diatomées ou liquides chez les microalgues vertes. Ces biocondensats ont des compositions moléculaires différentes et des propriétés physico-chimiques apriori distinctes, mais assemblent des complexes enzymatiques aux mêmes fonctions. Ces biocondensats ont évolué de manière convergente, et l’hypothèse est que ces organisations supramoléculaires soutiennent la carboxylation du RuBP au dépend de l’oxygénation, ce qui serait un atout majeur pour les microorganismes photosynthétiques.

 L’objectif du projet est de vérifier cette hypothèse à différentes échelles : culture, cellulaire, moléculaire, et sur trois organismes modèles : une cyanobactérie heterocystique Anabaena PCC 7120, une diatomée centrique Phaeodactylum tricornutum et une microalgue verte Chlamydomonas reinhardtii. Ainsi, comprendre comment ces organisations supramoléculaires permettant la concentration et la fixation efficace du CO2 ont évolué de manière convergente présente un intérêt majeur pour comprendre leur performance écologique. Ce projet a pour objectif d’étudier à différentes échelles les propriétés physico-chimiques de ces micro-compartiments en lien avec leur(s) contribution(s) dans l’acquisition et la fixation du CO2. A l’échelle moléculaire, des reconstitutions in-vitro de ces assemblages permettront de comparer leurs propriétés physicochimiques, et notamment comment les métabolites de la fixation du CO2 diffusent dans ces milieux. A l’échelle cellulaire, le suivi de la biogénèse et la dissociation de ces micro-compartiments, en lien avec l’efficacité de fixation du CO2 chez différents organismes photosynthétiques permettra de comparer leur dépendance au CCM. La spécificité du projet est de proposer des approches identiques pour trois espèces éco-physiologiquement et biotechnologiquement pertinentes, mais distantes d’un point de vue phylogénique : une cyanobactérie heterocystique Anabaena PCC 7120, une diatomée centrique P. tricornutum et une algue verte C. reinhardtii. Connaitre ces facteurs moléculaires permettra de valoriser la fixation du CO2 par les organismes unicellulaires aquatiques, et proposera des solutions pour la captation du CO2 bio-inspirée.