Un nouveau photorécepteur éclaire la façon dont les cyanobactéries « voient » les couleurs

Des scientifiques de l’Université métropolitaine de Tokyo ont identifié un nouveau photorécepteur chez les cyanobactéries dont une partie de la structure a été modifiée, ce qui le rend sensible à la lumière verte/bleue. Le photorécepteur appartient à une famille généralement sensible à la lumière rouge/verte de l’environnement.

Ils ont identifié les parties de sa structure en acides aminés responsables de ce comportement ; leur modification a permis de restaurer la sensibilité à la lumière rouge et verte, un exemple remarquable de « plasticité » moléculaire en action.

Les cyanobactéries, également appelées algues bleu-vert, jouent un rôle extrêmement important dans le façonnement du monde naturel tel que nous le connaissons. Ce sont les premiers organismes sur Terre à avoir produit de l’oxygène en utilisant la lumière pour décomposer les molécules d’eau.

Le même processus chimique est un parent éloigné de la photosynthèse observée chez les plantes. Les appareils chimiques qui facilitent ces processus chez les cyanobactéries sont connus sous le nom de cyanobactériochromes (CBCR), des photorécepteurs spécifiques aux cyanobactéries ; il s’agit de constructions à base d’acides aminés qui les rendent sensibles non seulement à la quantité, mais aussi à la couleur de la lumière dans leur environnement, les aidant à s’acclimater pour convertir l’énergie aussi efficacement que possible.

Mais comment les cyanobactéries distinguent-elles exactement les couleurs ? Dans le cas des CBCR, elles lient un produit chimique contenant un groupe chimique appelé tétrapyrrole linéaire. Il existe une vaste gamme de pigments tétrapyrroles linéaires, avec une réponse de couleur déterminée par la longueur du nuage d’électrons « conjugués » qui le parcourt.

Par exemple, la phycocyanobiline (PCB), un pigment bleu, sera liée à un CBCR et l’aidera à réagir à la lumière rouge ou verte, en basculant de manière réversible entre deux états d’absorption différents en fonction du rapport de lumière rouge et verte dans l’environnement.

En revanche, la phycoviolobiline (PVB), un pigment rose, qui se lie au CBCR, réagira de manière similaire à la lumière violette ou jaune. Il est intéressant de noter que le PCB et le PVB sont une paire « d’isomères », dans le sens où ils partagent la même composition chimique, mais avec des doubles liaisons à des positions différentes, ce qui modifie radicalement leur couleur.

La manière dont les pigments se lient aux CBCR est remarquablement sensible à sa structure spécifique, déterminée par sa séquence d’acides aminés, mais les façons dont différentes paires pigment/CBCR donnent lieu à toute une myriade de réponses à la lumière ne sont pas encore entièrement comprises.

Aujourd’hui, une équipe de chercheurs dirigée par le professeur associé Rei Narikawa de l’Université métropolitaine de Tokyo a découvert une autre pièce du puzzle, en découvrant un nouveau CBCR de la famille des photorécepteurs qui devraient être sensibles à la lumière rouge et verte. L’article est publié dans la revue La science des protéines.

Ce CBCR se lie de manière unique au PVB, le pigment rose, et réagit à la lumière verte ou turquoise. Compte tenu des différences avec les CBCR se liant au PVB normal, l’équipe a conclu que le pigment se liait au CBCR d’une manière nouvelle et différente.

En analysant soigneusement la structure, ils ont également identifié trois résidus d’acides aminés clés qui, selon eux, sont à l’origine de cette réponse inhabituelle. Après les avoir modifiés, le CBCR nouvellement édité pourrait inciter le PVB à redevenir PCB (le pigment bleu), restaurant ainsi la sensibilité à la lumière rouge et verte.

L’ouvrage met en évidence la remarquable diversité et la « plasticité » des CBCR, leur capacité à être moulés ou modifiés, élargissant ainsi notre compréhension de la façon dont les cyanobactéries peuvent « voir » le monde en couleur.