Les protéines bioluminescentes illuminent le vivant.

On a déjà parlé fluorescence sur ce blog avec la GFP, mais la nature a plus d’une corde à son arc pour nous en mettre plein la vue !

La bioluminescence (à ne pas confondre avec la fluorescence et la phosphorescence) désigne la production de lumière (le plus souvent jaune ou verte) par des organismes vivants. Sur terre ce phénomène est surtout restreint aux lucioles et vers luisants et à quelques champignons. Mais en mer il concerne près de 75% des espèces sous-marines, et on le rencontre donc fréquemment chez les méduses, les poissons, les crustacées, les céphalopodes et un grand nombre d’organismes microscopiques. La bioluminescence peut être produite par l’animal même ou par des bactéries vivants en symbiose avec celui-ci, et va remplir des fonctions diverses :

• Camouflage, certains poissons ont une face ventrale lumineuse, ce qui évite que leur silhouette sombre ne soit repérée par des prédateurs nageant en dessous d’eux.
• Répulsion, certaines espèces de calamars et crustacés vont expulser un mélange bioluminescent afin de repousser les attaques de prédateurs, un peu à la manière de l’encre des pieuvres (mais en mode very bad trip sous LSD), ce qui va leur permettre de prendre la fuite.
• Attraction, la lumière produite par un animal peut servir à attirer des partenaires (comme chez les lucioles), mais aussi leurrer des proies potentielles. C’est le cas chez la baudroie des abysses, ce poisson très moche rencontré dans Le Monde de Némo, et qui porte un organe lumineux au dessus de sa tête.

Et comme on peut s’en douter, si ce phénomène fait l’objet d’un article sur ce blog, c’est qu’à sa source on trouve des protéines bien sur !

À l’heure actuelle les deux plus connues sont les luciférase, une famille d’enzymes que l’on trouve chez les lucioles, mais aussi des poissons, des méduses, des champignons ou des bactéries, et l’aequorin, qui a été isolée chez la méduse A. victoria (celle-là même où l’on trouve aussi de la GFP).  Les luciférases (et leur substrat la luciférine) ont été ainsi nommées au début du vingtième siècle par le médecin français Raphaël Dubois non pas parce qu’il voyait dans ce phénomène une quelconque origine démoniaque, mais parce qu’il voulait souligner l’aspect porteur de lumière de la protéine. Dans les années 50 la luciférase de la luciole fut ensuite isolée et cristallisée par Arda Green. La majorité des organismes bioluminescents produisent des luciférase, mais on a également observé de la kleptoluminescence chez le parapriacanthus, un petit poisson de l’océan indien qui se contente de récupérer de la luciférase chez les petits crustacées qui forment son alimentation (un peu à la manière des limaces photosynthétiques).

Que ce soit pour les luciférases ou l’aequorine, la lumières émise par la proteine provient d’une série de réactions chimiques qui ont lieu au coeur de l’enzyme. Dans le cas des luciférases ces réactions impliquent la consommation d’une molécule d’ATP, tandis que pour l’aequorine elle mettront en jeu des ions Ca²⁺. C’est ainsi que ces protéines peuvent être exploitées en imagerie médicale, pour doser l’ATP ou le calcium dans un organisme. Mais ces protéines sont également un source d’inspiration pour les biotechnologies et des entreprises envisagent par exemple d’utiliser des microorganismes bioluminescents ou des plantes génétiquement modifiées pour l’éclairage des lieux publics. Décidément, les protéines n’ont pas fini de nous éblouir !

Pour en savoir plus :

• Un très beau poster présentant une sélection d’organismes bioluminescents.
• Un article sur les organismes bioluminescents à destination du jeune public (en anglais)