L’ATP, la monnaie énergétique de la vie, est créée pour la première fois en utilisant l’électricité du réseau

Pour la première fois, l’écart entre l’électricité produite par l’homme et l’énergie biochimique qui alimente la vie, l’adénosine triphosphate (ATP), a été directement comblé grâce à une nouvelle voie métabolique naturelle. Cette découverte élimine le besoin de membranes complexes et les quelque 3 000 réactions utilisées par les cellules pour générer de l’ATP dans la nature et ne comprend que quatre enzymes.

« L’électricité artificielle n’a pas existé pendant une grande partie de l’histoire de la Terre, et c’est pourquoi la nature n’a probablement jamais appris à vivre du réseau électrique », a déclaré Tobias Erb de l’Institut Max Planck de microbiologie terrestre à Marburg, en Allemagne, dont le groupe a construit l’électricité synthétique. sentier. Le nouveau cycle acide/aldéhyde ATP (AAA) améliore les méthodes actuelles qui utilisent l’électricité pour alimenter les systèmes de bio-ingénierie en éliminant le besoin d’une molécule intermédiaire comme l’hydrogène ou la nécessité de cultiver des micro-organismes complexes directement sur des électrodes. Erb a conçu une voie plus simple, nécessitant un ensemble minimum de réactions pour capturer des électrons et convertir cette énergie en ATP. Une telle réaction pourrait alors servir d’adaptateur pour convertir l’électricité directement en ATP à diverses fins.

Le premier obstacle consistait à trouver une enzyme qui accepte directement les électrons et effectue une simple réaction redox. Heureusement, le candidat idéal était par hasard disponible auprès de collègues de l’Université de Marburg qui menaient des recherches fondamentales sur une bactérie mal comprise, Aromatoleum aromatique. Découvert il y a 30 ans, UN. aromatique produit une classe d’enzymes appelée aldéhyde oxydoréductase (AOR) qui réduit un acide en aldéhyde, stockant l’énergie électrique dans cette liaison. Une fois cet objectif atteint, le cycle AAA n’a besoin que de trois étapes supplémentaires. « Les trois enzymes restantes sont responsables de la régénération de l’aldéhyde », explique Shanshan Luo, premier auteur de l’étude publiée dans Joule. « Ce processus libère de l’énergie qui est utilisée pour générer de l’ATP ».

« Il s’agit d’un travail fantastique de recherche en bio-ingénierie, qui comble une lacune technologique critique pour l’ingénierie de systèmes biologiques autonomes », a déclaré Steffen Lindner, chercheur à l’Institut Max Planck de physiologie moléculaire des plantes à Potsdam, en Allemagne. Les applications potentielles de cette technologie comprennent la photosynthèse artificielle et le stockage des surplus d’énergie provenant de sources renouvelables. Pour Erb, cependant, piloter la synthèse des protéines directement à partir de l’électricité était une application passionnante qu’ils ont pu réaliser dans l’article. Jixun Zhan, professeur au département de génie biologique de l’Université d’État de l’Utah, est d’accord. «Il existe de nombreuses réactions biosynthétiques qui nécessitent une consommation d’ATP», explique Zhan. « Une application du cycle AAA consiste à alimenter la biosynthèse de produits naturels. »

La nature plug and play du cycle AAA signifie qu’il aura un large éventail d’applications potentielles, mais de nombreuses recherches restent encore nécessaires. Selon Lindner, « le transfert (du cycle AAA) vers une application industrielle ou commerciale nécessitera l’optimisation du processus en termes de coût, de stabilité, de longévité et l’identification de produits et d’applications économiquement viables ». Erb est d’accord et affirme que d’autres chercheurs peuvent désormais reprendre ces travaux et commencer à développer les composants matériels spécifiques nécessaires pour exploiter le cycle pour les applications.