Une enzyme clé du microbiote intestinal pour la production du méthane filmée en pleine action

Le microbiote intestinal est un ensemble complexe de microorganismes (bactéries, archées, virus, levures…) qui jouent un rôle majeur pour la santé et la physiologie humaine et animale. Si les travaux, notamment menés à INRAE, ont permis de mieux comprendre son importance, les connaissances de ses fonctions à l’échelle moléculaire sont limitées. C’est en particulier le cas des enzymes du microbiote, dont certaines sont impliquées dans des processus aussi divers que la biosynthèse d’antibiotiques ou la production de méthane. Il est donc capital de comprendre les fonctions et mécanismes des enzymes, notamment de celles nouvellement découvertes.

Elle fait une réaction particulièrement difficile à réaliser et qu’aucune autre classe d’enzymes du vivant n’est capable d’accomplir !

C’est en ce sens que les scientifiques d’INRAE et d’Aix-Marseille Université travaillent, en collaboration avec le synchrotron SOLEIL et le CNRS. La cible de ce travail ? L’enzyme Mmp10, dont l’implication dans la production de méthane a récemment été montrée*. Dans cette étude, ils ont découvert comment l’enzyme Mmp10 en modifie une autre, la méthyl-coenzyme M réductase (MCR), qui fabrique le méthane. Elle fait une réaction particulièrement difficile à réaliser et qu’aucune autre classe d’enzymes du vivant n’est capable d’accomplir.

Pour comprendre le fonctionnement de l'enzyme Mmp10, les scientifiques ont employé plusieurs approches : des études biochimiques pour mesurer son activité enzymatique, des études spectroscopiques pour analyser les différents ions métalliques présents en son centre et des études de biologie structurale, pour résoudre sa structure tridimensionnelle. Grâce à cette approche multidisciplinaire, il a été découvert que l’enzyme Mmp10 est une métalloprotéine (protéine liée à du métal) complexe avec une structure tridimensionnelle unique. Un « film » de l’enzyme en cours de réaction a également pu être reconstitué à partir de différentes structures 3D obtenues, telles des clichés successifs de la réaction.

Celui-ci a notamment révélé que l’enzyme subit des réarrangements sans précédent au cours de la réaction, avec notamment une réorganisation de son site actif (partie de l’enzyme où se fixent les molécules lors de la réaction). Cette mise en lumière inattendue explique la manière dont l’enzyme Mmp10 participe à la production de méthane par les archées et le mécanisme surprenant mis en place pour réussir à réaliser des réactions aussi complexes.

Cette étude apporte des connaissances fondamentales totalement inédites sur le fonctionnement d’une nouvelle famille d’enzymes : les enzymes à radical SAM dépendantes de la vitamine B12, au très large potentiel biotechnologique. Ces résultats novateurs, en plus d'une meilleure connaissance du microbiote, devraient permettre de développer de nouveaux biocatalyseurs plus performants et respectueux de l’environnement dans le cadre du développement durable.

^{* Chez une archée appelée Methanosarcina acetivorans}