Nicolas ChéronChercheur au laboratoire Chimie physique et chimie du vivant (CNRS/ENS-PSL/Sorbonne Université)
Avec son projet RUBISCON, Nicolas Chéron, chercheur au laboratoire Chimie physique et chimie du vivant (CNRS/ENS-PSL/Sorbonne Université) est lauréat de l’appel à projet Emergence@INC2026. Par cet appel, CNRS Chimie accompagne des chercheuses et chercheurs - chargés de recherche ou maîtres de conférences - recrutés depuis 5 à 10 ans en finançant un projet novateur et en encourageant la prise de risque.
Votre projet RUBISCON vise à développer les outils numériques nécessaires pour étudier finement la réactivité enzymatique. Pouvez-vous nous en dire plus ?
La chimie et la biochimie sont des sciences expérimentales mais une approche purement expérimentale n’est pas toujours suffisante pour comprendre tous les phénomènes qui se produisent au cours des réactions chimiques. Cela peut être dû aux limites des techniques actuelles, mais aussi parce que la question est intrinsèquement impossible à décortiquer expérimentalement. Dans cette situation, les simulations numériques constituent un outil supplémentaire pour répondre à une question posée, et on observe une augmentation continue de leur utilisation à des fins prédictives. Notre projet RUBISCON, qui s’inscrit dans ce contexte, vise à modéliser les réactions chimiques qui ont lieu au sein d’une enzyme spécifique impliquée dans la photosynthèse. Cette enzyme, qui capte le CO2 atmosphérique, permet d’accélérer cinq réactions successives et il est à l’heure actuelle impossible de les étudier individuellement par une approche purement expérimentale. Les simulations numériques, au centre du projet, permettront d’étudier chaque réaction et d’apporter une compréhension à l’échelle de l’atome des processus mis en jeu à chaque étape.
En quoi cette recherche est-elle émergente et à risque ?
Pour décrire de manière théorique une réaction chimique, on utilise une approche dite « quantique » qui rend compte du comportement de l’ensemble des électrons du système. La résolution de l’équation de Schrödinger est cependant une étape qui consomme énormément de temps de calcul. De plus, les enzymes étant des objets flexibles, il faut prendre en compte leur dynamique intrinsèque et donc résoudre cette équation pour les nombreuses géométries qu’elles peuvent adopter. On peut actuellement étudier numériquement la réactivité d’une enzyme en prenant en compte sa flexibilité, mais ces calculs restent limités à des systèmes de petite taille et sur des courtes échelles de temps. Le projet RUBISCON vise à développer des approches utilisant l’intelligence artificielle pour s’affranchir des contraintes actuelles en temps de calcul. L’idée est de résoudre l’équation de Schrödinger sur un ensemble de structures, et d’entraîner un réseau de neurone pour qu’il soit capable de reproduire les résultats obtenus 1000 à 10000 fois plus rapidement ; on peut ensuite étudier de nouvelles géométries en utilisant ce réseau de neurone. Ce type d’approche, utilisé depuis peu pour prédire les comportements de petites molécules ou pour la recherche de nouveaux médicaments, n’a jamais été appliqué pour la réactivité des enzymes.
Quelles pourraient-en être les principales retombées ?
L’enzyme qui nous intéresse, nommée RUBISCO, est l’enzyme la plus abondante sur Terre. C’est elle qui permet de capter le CO2 de l’atmosphère, l’intégrer au sein des organismes photosynthétiques, et le transformer pour leur permettre de croître. Notre premier objectif est de comprendre des données expérimentales obtenues sur les mutants connus de RUBISCO au sein d’une bactérie et d’interpréter pourquoi certaines modifications de l’enzyme la rendent plus ou moins efficaces. Nous souhaitons ensuite étendre notre approche à des mutants jamais testés afin d’identifier des transformations de l’enzyme qui permettraient à l’organisme de se développer plus rapidement en accélérant la photosynthèse. Le but ultime serait ensuite de parvenir à améliorer les rendements agricoles en modifiant des plantes, pour les faire pousser plus vite, ou avec une plus grande taille. Ceci serait une façon de faire face à l’augmentation de la demande en ressources due à l’accroissement de la population mondiale.
Rédacteur : CCdM