Chlamydomonas reinhardtii

En 2012, l’équipe d’Olga Blifernez-Klassen[4], de l'université allemande de Bielefeld, en Rhénanie-du-Nord-Westphalie, a observé que placée dans un environnement extrême pauvre en dioxyde de carbone, élément nécessaire au processus de photosynthèse, la micro-algue verte sécrète une enzyme qui lui permet de digérer la cellulose des autres végétaux. La digestion a lieu en dehors de la cellule, et les sucres sont ensuite transportés dans la cellule. C'est la première fois qu'on observe chez un organisme chlorophyllien unicellulaire la capacité de produire de la matière organique par digestion, donc autrement que par photosynthèse.

Depuis, on sait que les microorganismes unicellulaires mixotrophes, comme mesodinium chamaeleon sont capables de digérer des microalgues vertes, ou de conserver en leur sein des microalgues rouges et leurs pigments photosynthetiques afin de se nourrir à la fois des nutriments digérés et de profiter de la photosynthese.

Représentation schématique d’une coupe longitudinale de Chlamydomonas reinhardtii.

Dans des conditions favorables, avec des nutriments comme de l’azote, Chlamydomonas reinhardtii croît et se multiplie de façon asexuée, qu'elle soit éclairée ou non. Mais lors d’une carence en azote, et avec de la lumière, elle se différencie en gamètes en se divisant de manière mitotique. La lumière semble agir de façon indirecte, par la photosynthèse pour avoir l’énergie de se différencier, et n’est pas nécessaire pour la fusion des gamètes par la suite. Cependant, l’ajout d’azote à des gamètes cause la dédifférenciation des gamètes en cellules végétatives. Les deux types de gamètes sont identiques en apparence, et sont appelés mt(+) et mt(-). Leur fusion forme un zygote diploïde stable non flagellé pouvant rester dormant en attendant des conditions plus favorables, ayant une taille cellulaire et nucléaire supérieure ainsi que plus d’ADN par noyau et un plus grand nombre de chromosomes. Il possède aussi une paroi plus épaisse. On parle de zygote mature. Lorsque le milieu est plus favorable au développement de l’algue, le zygote subit une méiose et relâche 4 ou 8 cellules haploïdes[5] - [6].  

En 2013, l'équipe du professeur Tran[7] à San Diego a réussi à transfecter des cellules de Chlamydomonas reinhardtii avec un vecteur contenant une immunotoxine anticancéreuse. Ce vecteur est composé de :

• la partie variable (lourde et légère) d'un anticorps anti CD22 (antigène tumoral),
• les domaines 2 et 3 de l'exotoxine A de P.aeruginosa (inhibiteur de traduction eucaryote par ribosylation du facteur d'élongation eEF2),
• les domaines constants CH2,CH3 de l'immunoglobuline 1 (permettent d'augmenter l'efficacité par homodimérisation).

Cette immunotoxine se fixe spécifiquement sur les antigènes tumoraux CD22 et inhibe la prolifération des cellules cancéreuses par action des domaines de l'exotoxine.  

Chlamydomonas reinhardtii est un modèle émergent pour la production de biocarburants. En effet, son génome est modifiable facilement (miRNA, CrispR-Cas9, transfection) ce qui permet d'améliorer les souches de culture sur plusieurs aspects :

• amélioration de la robustesse et de la croissance par augmentation de l'efficacité photosynthétique en modifiant le génome chloroplastique,
• amélioration de la production de biodiesel (à partir de la transestérification des lipides) par augmentation du contenu en triacylglycérol dans un milieu carencé en azote,
• amélioration de la production de dihydrogène en milieu carencé en soufre afin de diminuer l'inhibition de l'hydrogénase par l'oxygène.

Il est donc possible de modifier génétiquement les souches de Chlamydomonas reinhardtii et/ou de les produire dans divers milieux de culture en fonction de ce que l'on cherche à obtenir. [8]