L’évolution dirigée apprend aux bactéries à manger du dioxyde de carbone

Grâce à l’évolution dirigée, les chercheurs de l’Institut des sciences Weizmann ont créé une nouvelle race de bactéries capables de « manger » efficacement l’air. En dirigeant soigneusement l’évolution d’E. coli au laboratoire, l’équipe a réussi à les sevrer de leur régime alimentaire préféré composé de sucre ; et à passer au dioxyde de carbone dans l’air qui les entoure.

Toute vie sur Terre construit sa biomasse à partir du carbone. D’une manière générale, il existe deux types d’organismes sur Terre, qui diffèrent en fonction de l’endroit d’où ils tirent leur carbone. Les autotrophes absorbent le dioxyde de carbone de l’air et le transforment en carbone utilisable ; les plantes en sont l’exemple le plus évident. Les hétérotrophes, par contre, obtiennent leur carbone en mangeant d’autres organismes. Ce qui inclut tous les animaux, les champignons et la plupart des bactéries.

L’évolution dirigée pour passer à un régime autotrophisme

Normalement, un organisme est l’un ou l’autre, mais les chercheurs de Weizmann ont maintenant rapporté le premier cas d’une modification aussi radicale de son alimentation. « Notre laboratoire a été le premier à poursuivre l’idée de changer le régime alimentaire d’un hétérotrophe normal pour le convertir à l’autotrophisme. », explique Ron Milo, chercheur principal de l’étude. « Cela semblait impossible au début, mais cela nous a enseigné de nombreuses leçons en cours de route. A la fin, nous avons montré qu’il était possible de le faire. Nos découvertes sont une étape important vers notre objectif d’applications scientifiques efficaces et vertes. »

Pour commencer, l’équipe a modifié E. coli pour ajouter certains gènes que les plantes utilisent pour fixer le carbone à partir du CO2 ; ainsi qu’un gène qui permet aux bactéries d’obtenir de l’énergie du formiate. L’équipe a ensuite tenté de forcer les E. coli à évoluer dans une direction particulière ; en manipulant soigneusement leur environnement.

Les bactéries ont reçu juste assez de sucre pour ne pas mourir de faim, mais ont eu accès à beaucoup de CO2 et de formiate. Le processus d’évolution dit que la vie trouve un moyen de faire face à de telles conditions stressantes ; et que certaines bactéries se sont rapidement tournées vers le CO2 comme source alimentaire.

Un évolution surprenante et prometteuse

Au fil du temps, les chercheurs ont donné aux nouvelles générations de bactéries de moins en moins de sucre. Après environ 200 jours, une partie des E. coli s’était complètement mise à manger du CO2. Pour s’assurer que les bacteries n’avaient pas trouvé d’autres nutriments à manger, l’équipe a nourri certains d’entre eux de CO2 avec un isotope plus lourd. Ensuite, ils les ont pesés. Et bien sûr, le poids qu’ils ont pris correspondait exactement à la masse attendue s’ils avaient mangé le CO2.

Alors, que pouvons-nous faire avec ces bactéries qui changent de régime ? Actuellement, les bactéries peuvent être cultivées pour produire des antibiotiques, du graphène et des carburants. Mais il faut généralement leur donner beaucoup de sucre sous forme de sirop de maïs. Les chercheurs affirment que ces nouvelles bactéries ne pourraient être alimentées qu’avec du CO2 atmosphérique et de l’énergie provenant de sources d’électricité renouvelables. Cela rendrait les produits finis et les carburants qu’elles produisent essentiellement neutres en carbone.