Les fils collants uniques des moules zébrées envahissantes ont été démêlés
Les moules zébrées comptent parmi les espèces les plus envahissantes des écosystèmes d’eau douce. À l’aide de fils byssaux extrêmement collants, ils s’attachent aux bateaux et parcourent le monde, s’établissant dans de nouveaux endroits où ils étouffent les espèces indigènes. Aujourd’hui, de nouvelles recherches montrent la structure de Dreissena les fils de byssal sont uniques parmi les moules et peuvent expliquer leur caractère envahissant.
Matthew Harrington, chimiste à l’Université McGill à Montréal, étudie depuis ses études supérieures les protéines d’adhésion des moules marines et leurs applications potentielles pour les matériaux bio-inspirés. Ce n’est qu’à son arrivée à l’Université McGill qu’il a étudié les moules zébrées, « parce qu’il suffit d’aller dans le fleuve Saint-Laurent et de les retirer », dit-il. D’une espèce à l’autre, la fonction des fils de byssal est la même, mais leur structure est différente. Certains sont constitués de collagène et d’autres de protéines globulaires disposées en hélices, explique Harrington. Cependant, Harrington a immédiatement reconnu que les fils de moules zébrées étaient uniques. « Il était très clair qu’il ne s’agissait ni de globules ni de collagène, mais d’une structure biochimique complètement nouvelle. »
En fouillant dans la structure et la composition du fil de byssal à l’aide de la spectroscopie, de la diffraction des rayons X et de la protéomique, le groupe de Harrington a révélé «une structure protéique en feuillet β empilée les unes sur les autres pour créer ces petits cristallites». Bien que cette structure soit jusqu’à présent unique aux moules, elle ressemble à une autre molécule biologique connue pour sa force et sa polyvalence : la soie d’araignée.
«Les protéines cristallines de la feuille β se trouvent souvent là où des résistances élevées sont nécessaires, comme dans le cas de la soie des draglines d’araignées», explique Jonathan Wilkers, un chimiste qui étudie les matériaux biologiques marins à l’université Purdue et qui n’a pas participé à ces travaux. Il ajoute que les propriétés des matériaux à base de protéines contribuent généralement à leur fonction. Wilkers estime que les détails de la structure décrite ici « pourraient être très pertinents pour la mécanique à laquelle les animaux sont soumis ». Plus précisément, leur capacité à adhérer fortement aux surfaces face à des menaces telles que des prédateurs ou des tempêtes.
Harrington dit que c’est exactement ce qui pose un tel problème. «Cette capacité à produire une fixation robuste et polyvalente sur toutes sortes de surfaces a permis aux moules de devenir d’importants bio-salissures: elles collent partout», dit-il. Comprendre la relation structure-fonction pourrait produire des méthodes pour empêcher cela. «Plus nous en savons sur les stratégies de fixation, mieux nous sommes préparés à lutter contre l’encrassement biologique par les moules», dit-il en soulignant les travaux sur l’adhésion des moules marines qui ont conduit au développement de surfaces auxquelles les moules ne peuvent pas s’accrocher. Des tests spécifiques confirmant la relation structure-fonction des fils de byssal de la moule zébrée sont en cours, mais le groupe de Harrington a fait deux autres découvertes.
Les fils byssaux sont sécrétés sous forme d’hélices α puis transformés en feuillets β. «Ce sont deux combinaisons de protéines complètement différentes», note Harrington. Des travaux antérieurs ont montré que les hélices α peuvent devenir des feuillets β par étirement. Il s’agit généralement d’un processus réversible, mais pas pour les fils de moules zébrées. En examinant la séquence d’acides aminés de la protéine, ils ont découvert une quantité inhabituellement élevée d’asparagine, un acide aminé qui, selon Harrington, pourrait jouer un rôle dans le passage permanent aux feuilles β.
Angelico Obille, doctorant étudiant les moules zébrées à l’Université de Toronto, estime que ce nouveau travail « est un ajout précieux à la compréhension du byssus, car il contribue à élargir la perspective sur ce que le byssus de moule peut faire – c’est plus qu’un simple matériau collant ». Cependant, ajoute-t-il, « il reste encore beaucoup à apprendre sur le byssus, en particulier sur la façon dont les différentes protéines interagissent les unes avec les autres pour former la structure cohésive et sur le rôle des modifications post-traductionnelles et du traitement post-sécrétion sur les structures finales ». . Harrington s’intéresse également au traitement, car cela pourrait améliorer la production de soies synthétiques. «De gros efforts sont déployés actuellement pour fabriquer de la soie d’araignée artificielle et le traitement impliqué est assez intensif», dit-il. Cependant, Harrington pense que la protéine de moule pourrait n’avoir besoin que d’une force mécanique.