À l’intérieur de notre corps, à chaque instant, nos cellules orchestrent une danse complexe d’atomes et de molécules qui utilise de l’énergie pour créer, distribuer et déployer les substances dont notre vie dépend. (Image : congerdesign / Pixabay)
À l’intérieur de notre corps, nos cellules orchestrent à chaque instant une danse complexe d’atomes et de molécules qui utilisent de l’énergie pour créer, distribuer et déployer les substances dont notre vie dépend.
Et ce n’est pas seulement dans notre corps : tous les animaux exécutent cette danse du métabolisme, et il s’avère qu’aucun d’entre eux ne le fait de la même manière.
Dans une nouvelle étude publiée dans Science Advances, nous avons analysé des atomes de carbone spécifiques dans les acides aminés, les éléments constitutifs des protéines, pour découvrir les empreintes distinctives du métabolisme de différentes espèces.
Ces empreintes révèlent comment les différentes créatures répondent aux exigences de la survie, de la croissance et de la reproduction, et offrent une toute nouvelle façon de comprendre le métabolisme dans ses moindres détails.
Une image plus détaillée
Nous avons développé une nouvelle façon d’étudier le métabolisme (les processus chimiques à l’intérieur de votre corps qui vous maintiennent en vie et vous permettent de fonctionner), qui révèle beaucoup plus de détails que les méthodes précédentes. Notre nouvelle technique examine les isotopes présents dans les acides aminés pour voir comment le métabolisme fonctionne.
Le métabolisme est désormais examiné à l’aide d’une nouvelle technique qui analyse les isotopes présents dans les acides aminés, ce qui permet d’obtenir plus de détails que les méthodes précédentes. (Image : Надин Ш / Pixabay)
Les isotopes sont des versions du même élément chimique avec des masses différentes. Par exemple, le type de carbone le plus courant est le carbone 12, mais il existe également un isotope appelé carbone 13, qui est un peu plus lourd. Nous pouvons mesurer le rapport entre les isotopes lourds et les isotopes légers dans des molécules biologiques telles que les protéines pour en savoir plus sur l’organisme qui les a produits.
Traditionnellement, les scientifiques analysent le rapport isotopique global de l’ensemble de la protéine. Cela peut révéler certaines informations, notamment sur le type d’aliments consommés par un animal, mais c’est comme calculer la moyenne d’une image télévisée complexe en un seul pixel de lumière : vous perdez toutes les informations détaillées.
Plus récemment, les scientifiques ont pu mesurer les isotopes de chacun des 20 acides aminés qui composent les protéines. Cela revient à avoir 20 points de lumière, c’est mieux, mais ce n’est pas encore très nuancé.
Notre nouvelle méthode va encore plus loin, en mesurant les isotopes d’un atome de carbone particulier sur chaque acide aminé. C’est comme si l’on voyait chaque pixel de l’image télévisée, ce qui nous donne des informations métaboliques étonnamment détaillées.
Trouver les bons atomes de carbone
Nous avons utilisé un produit chimique appelé ninhydrine pour couper et isoler l’atome de carbone que nous voulions dans chaque acide aminé. Nous avons ensuite envoyé ces atomes de carbone, provenant d’une partie de l’acide aminé très active sur le plan métabolique appelée groupe carboxyle, dans une machine appelée spectromètre de masse pour lire leurs empreintes isotopiques.
Cette recherche a débuté il y a plus de dix ans et s’est transformée en un projet de collaboration entre l’université Griffith et Queensland Health. En 2018, en collaboration avec des collègues japonais, nous avons pu démontrer que nous pouvions effectivement utiliser la nihydrine pour isoler les atomes de carbone que nous voulions dans les acides aminés.
L’étape suivante consistait à combiner notre technique de nihydrine avec un processus appelé chromatographie liquide à haute performance, qui permet de séparer différents types d’acides aminés.
En 2019, nous avons été en mesure de présenter une analyse isotopique spécifique à la position pour plusieurs mammifères différents. Nous avons découvert que nous pouvions distinguer une « empreinte » métabolique claire de chaque mammifère.
Les quatre phases du métabolisme
Dans nos derniers travaux, nous avons testé un plus large éventail d’animaux, notamment des huîtres, des coquilles Saint-Jacques, des crevettes, des calmars et des poissons. Nous avons découvert que les schémas isotopiques des acides aminés pouvaient être retracés jusqu’à la biochimie des mitochondries, les minuscules centrales énergétiques présentes dans les cellules de tous les animaux et de toutes les plantes, ainsi que de nombreux autres organismes.
Au niveau des atomes, ils ont découvert que les modèles d’isotopes dans les acides aminés pouvaient être retracés jusqu’à la biochimie des mitochondries, les minuscules centrales énergétiques dans les cellules de tous les animaux et de toutes les plantes.
Cellules HeLa montrant les microtubules (vert), les mitochondries (jaune), les nucléoles (rouge) et l’ADN nucléaire (violet). Au niveau des atomes, les chercheurs ont découvert que les isotopes présents dans les acides aminés pouvaient être associés à la biochimie des mitochondries, les minuscules centrales énergétiques des cellules de tous les animaux et de toutes les plantes. (Image : wikimedia / GerryShaw, CC BY-SA 4.0)
Nous avons identifié quatre phases distinctes du métabolisme : la création de graisses, la destruction de graisses, la création de protéines et la destruction de protéines. Les animaux combinent ces phases de manières distinctes pour assurer leur croissance et leur reproduction.
Par exemple, les mammifères adultes utilisent les graisses comme garde-manger pour réguler leur température, tandis que les crevettes adultes cannibalisent leurs propres protéines pour fabriquer les graisses dont elles ont besoin pour la reproduction.
Nous avons également constaté que les humains que nous avons étudiés présentaient un métabolisme très équilibré et stable, ce qui n’est peut-être pas surprenant compte tenu de nos régimes alimentaires généralement stables et nutritifs. Il est intéressant de noter que ces résultats sont assez similaires à ceux obtenus à partir d’un échantillon d’huîtres.
Dans ce travail, nous avons étudié des individus dont le métabolisme est généralement normal. Les applications futures pourraient inclure des études sur des groupes présentant un métabolisme anormal, comme le cancer, l’obésité et la famine.
En étudiant de près les isotopes des acides aminés, nous serons en mesure de comprendre le métabolisme des eucaryotes comme jamais auparavant chez les animaux, les plantes et les champignons.
Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l’article original.
