II.1 Métabolisme de l’O2 chez la bactérie microaérophile A. aeolicus
Des approches in vivo et in vitro ont permis de caractériser les enzymes impliquées dans la réduction de l’O2 et d’étudier la physiologie et les stratégies énergétiques mises en place en réponse aux changements environnementaux (notamment la concentration en O2). La mise en œuvre d’une plateforme de fermentation automatisée (coll. Y. Combet-Blanc, L. Casalot, MIO-Marseille) a rendu possible l’étude physiologique dans différentes conditions parfaitement contrôlées, y compris en absence d’H2. Couplées à des études fonctionnelles, ces études microbiologiques ont montré (i) qu’Aquifex aeolicus est capable de se développer sur une très large gamme de concentration en O2 (de la micro-aérobie à la « suroxygénation ») ; (ii) une modification dans la source d’énergie utilisée (H2 ou thiosulfate) en fonction de la teneur en O2 dissout ; l’absence complète de l’hase I à partir d’une certaine concentration en O2 suggère qu’elle serait l’interrupteur permettant la bascule entre la voie H2/O2 et la voie thiosulfate/O2 ; (iii) que la réduction de l’O2 est branchée avec une voie impliquant la cytochrome c oxydase ba3, oxydase majoritaire quelle que soit la pression partielle en O2, mais aussi une autre voie avec la quinol oxydase de type bd. En parallèle les caractérisations de l’oxydase ba3 et de la quinol oxydase ont été réalisées soulignant une troisième sous-unité constitutive de l’oxydase ba3, et l’absence d’hème d dans l’oxydase de type bd.
Fermenteur (Y.Combet-Blanc, S. Davidson, IRD-MIO Marseille)
II.2 Métabolisme de l’O2 chez des organismes acidophiles
Nos travaux ont porté sur la caractérisation fonctionnelle et structurale d’une protéine à cuivre (renommée AcoP, pour Acidophile cytochrome c oxidase Partner) identifiée au sein du supercomplexe impliqué dans le couplage Fe/O2 chez la bactérie A. ferrooxidans. Par des approches de biochimie, de mutagénèse dirigée et de physicochimie, nous avons mis en évidence :(i) une géométrie de type « tétragonale distordue », (ii) un potentiel rédox élevé, (iii) une forte stabilité aux variations de pH et de température. La résolution de sa structure tridimensionnelle a confirmé qu’AcoP apparait comme le représentant d’une nouvelle sous-famille de cuprédoxine possédant des propriétés singulières. Son étude est poursuivie afin de mieux appréhender les raisons de telles propriétés. Sa fonction est encore énigmatique, afin d’élucider le rôle de cette protéine dans cette chaîne énergétique, la purification des protéines partenaires a été réalisée, et nous reconstituons une partie de la chaîne de transfert d’électrons in vitro que nous etudions en solution ou sur surface electrochimique.Nous avons également caractérisé l’enzyme terminale de la chaine respiratoire, la cytochrome c oxydase de type aa3. Du fait de son implication dans une voie de haut potentie redox et fonctionnant a bas pH, elle possède des caractéristiques intéressantes qui ont été révélés par nos travaux en électrochimie.
Nos travaux sur l’archée fer-oxydante acidophile Ferroplasma acidiphilum, ont pointé des similarités avec la voie Fe/O2 de A. ferrooxidans, avec un complexe stable et fonctionnel entre une oxydase de type aa3 et une protéine à cuivre.
II.3 Immobilisation fonctionnelle d’enzymes de réduction de l'O2
Le développement au sein de l’équipe de la première biopile H2/O2 nous amène à étendre les études jusque-là restreintes aux hases, aux enzymes de réduction de l’O2 : protéines multi cuivre, type bilirubine oxydase, présentant des propriétés de résistance à la température (coll. N. Mano, CRPP, Bordeaux), et de façon plus originale à la cytochrome c oxydase pour augmenter l’affinité pour O2 et in fine les performances de la biocathode. La cytochrome c oxydase aa3 de A. ferrooxidans est un candidat de choix du fait de son haut potentiel redox. Le développement des outils de génétiques chez cette bactérie et l’optimisation de la production de biomasse permet une purification de l’enzyme compatible avec nos projets de recherche.
