Les bétaines lipides chez les eucaryotes – BLinK

Pour répondre à nos questions, nous allons utiliser des approches complémentaires : i) la biologie moléculaire et la phylogénie pour identifier le gène de la DGTA synthase ainsi que pour analyser l'apparition et la disparition des voies de synthèse des bétaine lipides et de la PC à travers l'évolution des algues et des plantes. Parce que le DGCC n'est pas commercialement disponible et que les espèces de microalgues produisant du DGCC sont difficiles à cultiver en laboratoire, nous allons concentrer notre travail sur le DGTS et le DGTA; ii) des outils biophysiques et physicochimiques comme la diffraction de neutron ou la modélisation moléculaire pour déterminer jusqu'à quel point les bétaine lipides peuvent remplacer la phosphatidylcholine dans les membranes; et iii) la biochimie, la physiologie et la microscopie électronique pour étudier l'impact biologique du remplacement de la PC par des bétaïnes lipides sur l'architecture membranaire.

Les résultats attendus pour ce projet sont l'intégration des données obtenues par les approches de phylogénie, biophysique et d'étude in vivo dans un schéma décrivant les interactions entre les bétaine lipid et la phosphatidylcholine et une tentative de réponse à la question pourquoi les bétaine lipides ont disparus chez les plantes supérieures.
Ce projet devrait fournir en plus des données manquantes sur l'évolution du métabolisme des lipides qui pourront aider à comprendre le contrôle de la balance phospholipide versus lipides non-phosphorés, notamment lors d'une carence en phosphate, et ainsi à plus long terme, améliorer la production des acides gras oméga-3 et des TAG pour des applications industrielles. Enfin, des livrables supplémentaires comme l'identification d nouvelles enzymes impliquées dans la biosynthèse des bétaines lipides et la reconstruction phylogentique des voies de biosynthèse des bétaine lipides ainsi que de la PC pourront apporter de nouvelles cibles pour l'amélioration du métabolisme lipidiques des algues ou des plantes.

Les perspectives de ce projet incluent des communications scientifiques et des publications basées sur les résultats obtenus. A long terme, ceux-ci pourront dévoiler des nouvelles cibles pour améliorer la productivité des microalgues en acides gras oméga-3 et/ou triacylglycérols.

1 article en préparation

Les microalgues sont aujourd’hui considérées comme une nouvelle matière première pour produire un large éventail de molécules biologiques, plus particulièrement les triacylglycérols (TAG, qui contiennent trois acides gras) et des acides gras essentiels de type ?3. L’utilisation de conditions de culture stressante telle que la carence en phosphate est une voie classique pour accumuler des TAG chez les microalgues. Une meilleure compréhension de pourquoi et comment les microalgues induisent la biogénèse des acides gras et des TAGs dans de tels conditions favoriserait le développement de souches génétiquement modifiées pour produire des biocarburants ou des produits à forte valeur ajoutée.
Lors de la carence en phosphate, chez les microalgues, les phospholipides des membranes extraplastidiales sont remplacés par des betaïne lipides. Les bétaïne lipides, qui sont des glycérolipides avec deux acides gras souvent de type ?3, sont supposés être des analogues de principal phosphoglycérolipide eucaryote, la phosphatidylcholine (PC). Chez les plantes supérieures, la capacité à synthétiser des bétaines lipides a été perdue, conduisant les plantes à adopter de nouvelles stratégies pour faire face à la carence de phosphate : elles remplacent leurs phospholipides par des glycolipides et n’accumulent pas autant de TAG que les microalgues.
L’objectif du projet BLinK est d’évaluer jusqu’à quel point les bétaïnes lipides et la PC partagent leur propriétés physicochimiques et peuvent se substituer l’un à l’autre in vivo, et comment la présence des bétaïnes lipides affecte le remodelage lipidique en réponse à la carence en phosphate. Le projet est organisé en trois axes:
1.) la comparaison des voies de synthèses des bétaïnes lipides et de la PC à travers l’évolution des organismes photosynthétiques,
2.) l’analyse des propriétés physicochimiques des bétaïnes lipides en terme de fluidité membranaire, de rigidité de courbure, ainsi que d’interactions membrane-membrane et cela en comparaison avec la PC
3.) l’investigation in vivo dans deux espèces de microalgues, Phaeodactylum tricornutum (une diatomée) et Nannochloropsis gaditana (un eustigmatophyte), génétiquement modifiées pour ne plus produire soit de la PC soit de bétaïne lipides.
Les résultats obtenus dans ces axes seront intégrés dans un modèle décrivant l’interconnexion entre les betaïne lipides et la PC et soulevant la question de l’absence de bétaïne lipides chez les plantes supérieures. De plus, ce projet fournira des données manquantes sur l’évolution du métabolisme lipidique qui permettra potentiellement de comprendre le contrôle de la balance phospholipides versus lipides non phosphorés et, à plus long terme, de stimuler la production d’acide gras ?3 et l’accumulation de TAG pour des applications industrielles. Les livrables supplémentaires potentiels de ce projet concernent l’identification de nouvelles enzymes impliquées dans la synthèse des bétaïne lipides et la reconstruction phylogénétique des enzymes impliquées dans la synthèse de la PC et des bétaïne lipides.