Face à ces défis, le professeur Toshiki Furuya du Département de biosciences appliquées de la Faculté des sciences et technologies de l’Université des sciences de Tokyo et ses étudiants diplômés Shizuka Fujimaki et Satsuki Sakamoto ont réussi à développer une enzyme qui génère de la vanilline à partir de plantes. acide férulique. « L’acide férulique, la matière première, est un composé qui peut être obtenu en abondance à partir de déchets agricoles tels que le son de riz et le son de blé. La vanilline est produite simplement en mélangeant l’acide férulique avec l’enzyme développée à température ambiante. méthode simple et respectueuse de l’environnement. » Pour produire des composés aromatiques », explique le professeur Furuya. Leur étude a été publiée le 10 mai 2024 dans Microbiologie appliquée et environnementale.

Les chercheurs ont utilisé des techniques de génie génétique pour modifier la structure moléculaire de l’enzyme Ado. Ado est à l’origine une enzyme oxydase qui ajoute un atome d’oxygène au substrat – l’isoeugénol. Dans son état originel, il n’a pas la capacité de convertir l’acide férulique en vanilline. Grâce à l’analyse de modélisation structurelle, les chercheurs ont pu prédire les modifications des acides aminés dans l’Ado qui permettraient son interaction avec l’acide férulique. Dans cette optique, ils ont mené une série d’expériences en remplaçant les résidus d’acides aminés phénylalanine et valine à des positions spécifiques de la structure Ado par divers autres acides aminés. Ils ont continué à examiner la capacité de conversion de l’acide férulique de diverses protéines mutantes modifiées.

Après de nombreux essais et erreurs, ils ont découvert que la protéine mutante dans laquelle seuls trois résidus phénylalanine et valine étaient remplacés par de la tyrosine et de l’arginine, réagissait de manière stable avec l’acide férulique et montrait une activité de conversion élevée. Notamment, l’enzyme modifiée ne nécessitait aucun cofacteur pour la conversion, contrairement à d’autres oxydases, et produisait de la vanilline à l’échelle d’un gramme par litre de solution réactionnelle, avec une efficacité catalytique et une affinité supérieures à celles de l’enzyme de type sauvage. La réaction nécessite uniquement de mélanger l’enzyme, l’acide férulique et l’air (oxygène moléculaire) à température ambiante, ce qui en fait un processus simple, durable et économiquement évolutif. En outre, l’enzyme développée au niveau moléculaire a également montré une activité de conversion en acide coumarique et en acide sinapique, des composés obtenus à partir de la dégradation de la lignine – un déchet agricole courant.

À ce jour, aucune enzyme microbienne ou végétale n’a démontré la capacité de convertir l’acide férulique en vanilline à l’échelle industrielle. Par conséquent, l’enzyme développée dans la présente étude présente un grand potentiel pour permettre la production commerciale et économique de vanilline naturelle.

Expliquant les implications à long terme de leurs recherches, le professeur Furuya déclare : « Exploiter le potentiel des micro-organismes et des enzymes pour extraire des composés précieux dans des conditions modérées à partir de ressources végétales renouvelables offre actuellement une approche durable pour réduire l’empreinte environnementale. société, nos efforts de recherche sont axés sur la mise en œuvre réelle de la production de vanilline grâce à l’utilisation de l’enzyme nouvellement développée.

Les modèles de surface terrestre sont un outil indispensable pour les écologistes pour cartographier les caractéristiques naturelles de notre monde, en particulier lorsqu’ils surveillent les effets du changement climatique ou évaluent les efforts de conservation.

Cependant, les modèles à grande échelle couvrant de vastes régions telles que les continents utilisent souvent des tailles de grille qui ne capturent pas correctement la variation pouvant exister au sein de chaque carré. Cela peut constituer un problème particulièrement important en terrain montagneux, où l’altitude, la température et la teneur en eau peuvent être très différentes, même au sein d’un seul pixel de carte.

dans Stade Récemment publié dans le magazine Recherche sur les ressources en eauDes chercheurs de l’Institut des sciences industrielles de l’Université de Tokyo ont démontré une nouvelle façon de visualiser les gradients de végétation en terrain montagneux.

Premièrement, les chercheurs ont regroupé les pixels en unités hydrologiques plus grandes pour représenter le flanc de la colline. Ensuite, ils ont divisé les données en plages d’élévation verticales pour estimer le profil de la pente. Cela a permis d’identifier le type de couverture terrestre dominant dans chaque plage d’altitude, et les zones où le modèle de végétation est influencé par les pentes des collines ont ensuite pu être identifiées.

« La différence d’humidité entre les collines et les vallées due à un terrain en pente peut créer une dynamique et des modèles de végétation uniques. En fait, un changement d’altitude de quelques mètres seulement peut entraîner des changements spectaculaires dans la végétation locale », explique l’auteur principal de l’étude, Shuping. . Il m’explique. Les chercheurs ont appelé ce phénomène « végétation influencée par les pentes ».

L’étendue de la végétation affectée par les pentes des collines n’était pas connue auparavant, ni même si elle pouvait être déterminée dans le monde entier sous différents climats. Une nouvelle analyse des données haute résolution sur le terrain et la végétation a montré qu’il s’agit en fait d’un phénomène mondial très courant.

Les zones identifiées comme présentant une végétation influencée par les pentes des collines sont largement réparties à travers le monde dans diverses zones climatiques. Certains des exemples récemment découverts dans l’étude se trouvent dans le nord-est de la Russie et dans la Corne de l’Afrique.

Cela indique que l’influence de l’hydrodynamique des terrains en pente sur les régimes de végétation peut se produire même dans les régions boréales sèches et semi-arides.

Les chercheurs ont également démontré que la simple prise en compte des effets de l’élévation, comme dans le cas de la « limite des arbres » sur une montagne sans aucun arbre ne poussant au-dessus, ne suffit pas.

« Nous avons montré que la simple prise en compte de l’effet de l’élévation – qui est principalement dû aux changements de température – ne suffit pas à expliquer l’hétérogénéité de la végétation. La dynamique de l’eau dans les paysages en pente ne peut être ignorée en tant que facteur important », explique le chercheur principal. Dai Yamazaki.

Les chercheurs pensent que leur méthode peut être appliquée aux données du monde entier pour améliorer notre compréhension de l’impact des changements d’altitude sur la vie végétale, ce qui pourrait grandement faciliter les efforts de modélisation climatique pour fournir des informations plus détaillées sur le changement climatique.