Comment les protéines microscopiques pourraient façonner notre avenir

Dans le discours sur le changement climatique, nous nous concentrons souvent sur les phénomènes visibles et de grande ampleur, comme le recul des glaciers et les ouragans. Mais il existe un autre monde, microscopique et caché, qui est tout aussi crucial et qui fait l’objet d’une nouvelle étude menée par Amy Gladfelter, Ph. D., biologiste cellulaire à la faculté de médecine de l’université Duke.

Ses recherches, « Des séquences intrinsèquement désordonnées peuvent ajuster la croissance fongique et le cycle cellulaire à des températures spécifiques », publiées le 31 juillet dans Biologie actuelleidentifie une protéine capable de changer de forme et de tolérer les changements tout en continuant à fonctionner, voire même mieux dans de nouvelles conditions. Cette adaptabilité pourrait aider certains organismes, comme les champignons et les plantes, à faire face au changement climatique. Pensez aux cultures de soja résistantes à la chaleur.

Mais cela pourrait également signifier que les champignons s’adapteront pour survivre à des températures plus chaudes, engendrant des agents pathogènes dangereux comme dans les scénarios décrits dans « The Last of Us ».

« On accorde beaucoup d’attention aux créatures plus charismatiques et plus grandes confrontées au stress climatique, mais beaucoup moins au monde invisible qui est essentiel à la vie », a déclaré Gladfelter, professeur au département de biologie cellulaire et boursier 2023 en sciences et technologies de Duke.

Son laboratoire étudie depuis longtemps Ashbya gossypii, un minuscule champignon, et étudie sa croissance et son développement. En collaboration avec le co-auteur de l’étude, Fred Dietrich, Ph.D., professeur associé au Département de génétique moléculaire et de microbiologie, qui a séquencé le génome d’Ashbya et collecté diverses souches de différents climats, l’équipe de Duke a entrepris d’explorer la manière dont ce champignon s’adapte aux changements de température.

Dans la nouvelle étude, l’équipe a révélé qu’une protéine désordonnée connue sous le nom de Whi3, qui joue un rôle clé dans la croissance d’Ashbya, est essentielle à l’adaptation à la température.

La science traditionnelle considère que les protéines ont besoin d’une forme spécifique pour fonctionner correctement. Gladfelter et d’autres chercheurs ont découvert que les « protéines intrinsèquement désordonnées », appelées IDP, peuvent changer de forme, passer d’une configuration à une autre et ainsi apparaître « désordonnées ». L’étude suggère que les IDP pourraient être un mécanisme commun d’adaptation à la température chez divers organismes.

« Comme ces régions sont très flexibles, elles peuvent potentiellement tolérer davantage de changements dans leurs séquences et continuer à fonctionner », a déclaré Gladfelter, membre de l’Académie américaine des arts et des sciences. « Comme les séquences protéiques désordonnées ne sont pas contraintes de conserver une forme ou un aspect pour fonctionner, elles peuvent évoluer beaucoup plus rapidement. »

« Nous pensons que les changements dans ces types de protéines constituent un moyen rapide pour les organismes de s’adapter aux changements de leur environnement », a-t-elle déclaré.

L’efficacité de la protéine Whi3 dépend de la région d’origine du champignon, qu’il s’agisse d’une région froide comme le Wisconsin ou d’une région chaude comme la Floride. Les champignons de différents climats se sont adaptés à leurs plages de température spécifiques.

Pour cette étude, l’équipe a expérimenté l’échange de séquences de protéines Whi3 entre des isolats provenant de climats différents. Leur travail a démontré que des changements subtils de séquences pouvaient être appliqués pour modifier génétiquement les plantes et les microbes du sol afin qu’ils deviennent plus tolérants au changement climatique et fonctionnent normalement dans une gamme de températures.

Gladfelter travaille avec d’autres laboratoires de Duke pour comprendre les règles qui régissent la manière dont les protéines naturelles et synthétiques sont optimisées à des températures spécifiques.

Ces connaissances pourraient être utilisées pour améliorer la résilience des cultures, aidant potentiellement l’agriculture à résister à des conditions météorologiques extrêmes, ou pour comprendre comment traiter les agents pathogènes fongiques.

« Je pense que cela donne un peu d’espoir, qu’au moins pour les espèces à temps de génération court, l’adaptation à la température pourrait se produire plus rapidement que nous aurions pu l’anticiper parce que ces protéines désordonnées évoluent plus facilement », a déclaré Gladfelter.

« Si nous comprenons la biologie cellulaire de base de certains organismes critiques, nous pouvons également potentiellement remplacer certaines séquences IDP critiques qui peuvent les rendre plus résilients face au stress. »