Les scientifiques découvrent des enzymes dans la nature qui pourraient remplacer les produits chimiques toxiques

À quelque 900 milles au large des côtes du Portugal, neuf îles principales s'élèvent au milieu de l'Atlantique. Verdoyant et volcanique, l'archipel des Açores abrite une richesse de biodiversité qui incite le chercheur sur le terrain, Marlon Clark, à revenir pour en savoir plus. « Vous disposez d'une biogéographie vraiment intéressante », déclare Clark. "Il y a une véritable séparation entre les continents, mais il y a cette dispersion entre les îles des plantes, des graines et des animaux."

C'est un paradis visuel à tous points de vue, mais à un niveau microscopique, il y a encore plus à voir. La roche volcanique riche en nutriments des Açores – et son réseau de lagons, de systèmes de grottes et de sources thermales – abrite une vaste gamme de micro-organismes trouvés dans une variété de microclimats avec différentes altitudes et températures.

Clark travaille pour Basecamp Research, une société de biotechnologie dont le siège est à Londres, et son travail consiste à collecter des échantillons d'écosystèmes du monde entier. En extrayant l'ADN du sol, de l'eau, des plantes, des microbes et d'autres organismes, Basecamp construit une vaste base de données sur les protéines de la Terre. Bien que l'ADN lui-même ne soit pas une protéine, les informations stockées dans l'ADN sont utilisées pour créer des protéines. Ainsi, l'extraction, le séquençage et l'annotation de l'ADN permettent la découverte de séquences protéiques uniques.

Grâce à ce qu'ils trouvent au milieu de l'Atlantique et au-delà, la base de données détaillée de Basecamp ne cesse de croître. Les résultats pourraient être essentiels pour réparer les dommages causés par les produits chimiques toxiques et trouver des alternatives à ces produits chimiques.

Les protéines assurent la structure et la fonction de tous les organismes vivants. Certaines de ces protéines fonctionnelles sont des enzymes qui font littéralement bouger les choses.

« La chimie industrielle est très polluante, en particulier celle utilisée dans le développement de médicaments pharmaceutiques. La biocatalyse offre des avantages, à la fois pour fabriquer des médicaments plus complexes et pour être plus durables, en réduisant la pollution et la toxicité de la chimie conventionnelle », explique Ahir Pushpanath, responsable des partenariats pour Basecamp.

"Les enzymes sont des catalyseurs parfaitement évolués", explique Ahir Pushpanath, responsable des partenariats chez Basecamp. "Les enzymes ne sont essentiellement qu'un polymère, et les polymères sont constitués d'acides aminés, qui sont les éléments constitutifs de la nature." Il suggère de penser à cela comme aux Legos : si vous avez un tas de pièces de Lego et que vous les utilisez pour construire une structure qui remplit une fonction, « c'est essentiellement ainsi que fonctionne une enzyme. Dans la nature, ces monuments ont évolué pour faire la chimie de la vie. Si nous n’avions pas d’enzymes, nous ne serions pas en vie. »

Dans notre propre corps, les enzymes catalysent tout, de la vision à la digestion des aliments en passant par la repousse des muscles, et ces mêmes types d'enzymes sont nécessaires dans les industries pharmaceutique, agrochimique et de chimie fine. Mais les conditions industrielles diffèrent de celles qui règnent dans notre corps. Ainsi, lorsque les scientifiques ont besoin de certaines réactions chimiques pour créer un produit ou une substance particulière, ils fabriquent leurs propres catalyseurs dans leurs laboratoires, généralement en utilisant du pétrole et des métaux lourds.

Ces produits pétrochimiques sont efficaces et rentables, mais ils sont inutiles et souvent dangereux. Face aux préoccupations croissantes concernant la durabilité et la santé publique à long terme, il est essentiel de trouver des solutions alternatives aux produits chimiques toxiques. « La chimie industrielle est très polluante, en particulier celle utilisée dans le développement de médicaments pharmaceutiques », explique Pushpanath.

Basecamp tente de remplacer les catalyseurs créés en laboratoire par des enzymes trouvées dans la nature. Ce concept s’appelle biocatalyse et, en théorie, tout ce que les scientifiques ont à faire est de trouver les enzymes adaptées à leurs besoins spécifiques. Pourtant, historiquement, les chercheurs ont eu du mal à trouver des enzymes pour remplacer les produits pétrochimiques. Lorsqu'ils ne parviennent pas à identifier une correspondance appropriée, ils se tournent vers ce que Pushpanath décrit comme « une évolution longue, itérative, gourmande en ressources et dirigée » en laboratoire pour amener une protéine à une adaptation industrielle. Mais les dernières avancées scientifiques ont plutôt permis ces découvertes dans la nature.

Qu'il s'agisse de Clark et d'un collègue partant en expédition, ou d'un partenaire local sur le terrain qui collecte et traite des échantillons, il y a beaucoup à apprendre de chaque collecte. "Les génomes microbiens contiennent des ensembles complets d'informations qui définissent un organisme, un peu comme les lettres sont un code nous permettant de former des mots, des phrases, des pages et des livres contenant des connaissances complexes mais digestibles", explique Clark. Il considère les échantillons environnementaux comme des bibliothèques biologiques, remplies de milliers d’espèces, de souches et de variantes de séquences. "C'est notre travail de glaner des informations génétiques à partir de ces échantillons."