Amidon de la levure
Avec la levure, des chercheurs de l'ETH Zurich ont réussi pour la première fois à faire produire de l'amidon par un organisme non végétal. A l'aide du nouveau système modèle, ils peuvent désormais étudier facilement comment l'amidon est formé et quel r?le jouent les enzymes impliquées. ? l'avenir, il sera peut-être possible d'expérimenter des modifications ciblées de l'amidon dans la levure.
En principe, seules les plantes et les algues produisent de l'amidon. Depuis peu, la levure le peut aussi. Du moins celle qui se trouve dans les laboratoires du groupe de Samuel Zeeman, professeur de biochimie végétale à l'Institut des sciences agronomiques de l'ETH Zurich. Les chercheurs ont réussi à intégrer la levure dans la machinerie végétale qui produit le sucre de réserve. "Une première", souligne Zeeman.
Transfert d'enzymes végétales
Pour atteindre cet objectif, Barbara Pfister, la chercheuse en charge de ce projet, a prélevé dans le génome de l'arabette (Arabidopsis thaliana) les plans de construction de sept enzymes impliquées dans la synthèse de l'amidon. Elle les a ensuite implantés dans le génome de la levure. Elle y a en outre supprimé toutes les enzymes qui participent à la formation du glycogène, le sucre de réserve de la levure. En effet, celles-ci perturberaient la synthèse de l'amidon.
Au total, les chercheurs ont généré plus de 200 souches de levure. Certaines avec les sept enzymes, d'autres avec différents ensembles réduits. En conséquence, les souches ont produit soit de l'amidon correspondant à celui de Arabidopsis ressemble fortement, pas d'amidon ou alors des produits d'amidon avec des changements plus ou moins importants.
La levure produit effectivement de l'amidon
Les chercheurs ont étudié ce que la levure produit exactement à l'aide de différentes méthodes. Outre la coloration classique à l'iode et les procédés d'imagerie établis, ils ont également utilisé la méthode ptychographique nouvellement développée à l'Institut Paul Scherrer. page externeCryo-tomographie à rayons X a été utilisée. Les chercheurs ont ainsi déterminé la densité des produits fabriqués dans la cellule de levure.
Résultat : les souches contenant les sept enzymes ont produit de l'amidon qui se distingue des Arabidopsis-La différence d'épaisseur est minime. Les produits issus de souches auxquelles il manquait une ou plusieurs enzymes ont toutefois été surprenants : Selon la combinaison, certaines d'entre elles produisaient tout de même une sorte d'amidon.
L'amidon par des voies détournées
"La synthèse de l'amidon n'est pas linéaire", explique Zeeman. "Si une enzyme tombe en panne, celles qui restent continuent malgré tout à travailler et construisent simplement un produit légèrement différent". Les chercheurs ont également pu montrer que, selon la combinaison des autres enzymes, la synthèse de l'amidon fonctionne également sans enzyme de déramification. Celle-ci élimine, pendant la synthèse de l'amidon, les ramifications excédentaires dans les cha?nes de sucre en formation et était considérée jusqu'à présent comme indispensable à la formation de l'amidon.
"Le système de levure est actuellement un pur instrument de recherche", explique le professeur de l'ETH. Selon lui, il est ainsi possible de simuler la synthèse de l'amidon et d'étudier ainsi plus précisément les r?les individuels des enzymes impliquées ainsi que la formation de la structure complexe de l'amidon. "C'est beaucoup plus rapide et plus facile que dans les plantes", souligne Zeeman. Interrogé sur les possibilités d'application futures, il ajoute : "Il est bien s?r envisageable d'essayer de nouvelles modifications de l'amidon dans le système de la levure, et d'essayer ainsi d'améliorer ses propriétés pour certains domaines d'application".
Prendre une nouvelle direction avec la levure
Pour ce projet financé par le FNS, le groupe de Zeeman a travaillé pour la première fois avec de la levure. Barbara Pfister et lui souhaitent maintenant étudier plus précisément la synthèse de l'amidon dans la levure au niveau du système. Pour ce faire, ils collaborent désormais avec des modélisateurs mathématiques afin de simuler le processus dans un modèle informatique.
L'amidon est important en tant que composant d'aliments tels que le ma?s, le riz ou les pommes de terre. Il est extrêmement intéressant pour la fabrication de matériaux biodégradables. Et il est utilisé dans de nombreux endroits où on ne l'attendrait pas, comme par exemple pour le revêtement du papier. Le matériau est encore optimisé pour différentes applications.
Référence bibliographique
Pfister B, Sánchez-Ferrer A, Diaz A, Lu K, Otto C, Holler M, Razvi Shaik F, Meier F, Mezzenga R, Zeeman SC. Recreating the Synthesis of Starch Granules in Yeast. Elife, published on November 22, 2016, DOI page externe10.7554/eLife.15552.