Depuis des siècles, les scientifiques savent que les plants de tabac produisent de la nicotine, mais personne ne parvient à comprendre exactement comment ils le font. Aujourd’hui, une équipe de chercheurs chinois a enfin résolu l’énigme.
Dans une étude récemment publiée dans la revue Cell, des chercheurs du Centre d’excellence en sciences moléculaires des plantes (CEMPS) de l’Académie chinoise des sciences ont cartographié le processus complet – du début à la fin – de fabrication de la nicotine dans une espèce sauvage de tabac appelée Nicotiana attenuata, ou tabac de coyote.
La nicotine est une substance naturelle appartenant à la famille des plantes solanacées, qui comprend les tomates, les pommes de terre et les aubergines. Il agit comme un puissant tueur d’insectes et les agriculteurs l’utilisent comme pesticide depuis la fin des années 1600. Au-delà de l'agriculture, la nicotine s'avère également prometteuse dans le traitement de maladies liées au cerveau telles que la maladie d'Alzheimer, la maladie de Parkinson et la dépression.
Pour découvrir le mécanisme de production de nicotine de la plante, les chercheurs ont utilisé une approche intégrative avancée qui combine plusieurs types de données biologiques, des gènes aux molécules. Leurs travaux ont conduit à l'identification d'une plante mutante sans nicotine, ce qui les a aidés à identifier un gène clé essentiel à la formation de la structure centrale de la nicotine.
Selon l’étude, les plantes ne fabriquent pas de nicotine en une seule étape. Au lieu de cela, ils utilisent un petit groupe temporaire de cinq enzymes différentes qui travaillent ensemble comme une chaîne de montage. Ce groupe, appelé métabolon, effectue une série de réactions chimiques soigneusement coordonnées.
De plus, les chercheurs ont découvert que les plantes utilisent une stratégie de glycosylation/déglycosylation subtile mais sophistiquée. Ils s'appuient sur cette stratégie pour achever la réaction de couplage finale qui relie les deux hétérocycles contenant de l'azote de la nicotine. En termes simples, la plante attache une molécule de sucre à un intermédiaire réactif pour la maintenir stable et sûre. Ensuite, après une série de réactions – notamment réduction, condensation et oxydation – il élimine le sucre pour libérer la molécule finale de nicotine. Cette méthode empêche les sous-produits nocifs de s’accumuler à l’intérieur de la plante, résolvant ainsi ce que les chercheurs appellent le « dilemme de l’autotoxicité ». En d’autres termes, la plante se protège contre l’empoisonnement par son propre produit chimique défensif.
Enfin, une fois la nicotine produite, un transporteur spécifique la déplace vers un compartiment de stockage à l'intérieur de la cellule appelé vacuole, où elle est conservée en toute sécurité jusqu'à ce qu'elle soit utilisée.
« Cette découverte complète le puzzle vieux de plusieurs décennies de la biosynthèse de la nicotine », a déclaré Li Dapeng, chercheur du CEMPS.
« Au-delà de la science fondamentale, ces travaux ouvrent la porte à l'utilisation de la biologie synthétique pour produire de la nicotine et d'autres composés naturels précieux d'une manière plus efficace et contrôlée », a ajouté Li.
Source(s) : Agence de presse Xinhua
