Учёные раскрыли механизм работы ключевых органелл для фиксации углерода у бактерий
Новое исследование CU Boulder, опубликованное в Science Advances, даёт глубокое понимание жизненного цикла и метаболизма специализированных компартментов — карбоксисом — в цианобактериях. Работа отвечает на вопросы, остававшиеся открытыми 50 лет, и открывает перспективы для повышения урожайности растений, создания новых антибиотиков и улучшения производства возобновляемого топлива.
Как изучали карбоксисомы
Джеффри Кэмерон и его коллеги пометили ферменты внутри карбоксисом зелёным флуоресцентным маркером и подавили способность клеток создавать новые органеллы. Учёные отслеживали их в течение нескольких дней с помощью визуализации живых клеток, наблюдая за передачей от материнских клеток к дочерним.
Поскольку рост клеток зависел от их способности фиксировать углерод, это позволило напрямую отследить влияние карбоксисом. Исследователи обнаружили, что, регулируя количество доступного CO2 для клеток без карбоксисом, можно «включать» и «выключать» их рост, реактивируя из dormant-состояния.
Ключевое открытие
Анализ тысяч клеток показал, что около 5% карбоксисом были сверхпродуктивными и могли поддерживать скорость роста клеток более чем на протяжении семи поколений.
«Если бы мы могли понять принципы, почему эти карбоксисомы настолько активны, мы могли бы значительно улучшить рост растений», — отметил Джеффри Кэмерон.
Практические приложения
- Улучшение фотосинтеза растений: Существует активная работа по внедрению карбоксисом в растения для повышения урожайности.
- Биореакторы для биотоплива: Карбоксисомы могут служить мини-биореакторами, ускоряя метаболизм в процессах создания биотоплива.
- Новые антибиотики: Патогенные бактерии, такие как Salmonella, имеют схожие микрокомпартменты. Поскольку у людей их нет, эти структуры могут стать мишенью для специфичных антибиотиков.
Исследование закладывает фундамент для инженерных применений, позволяя управлять ключевым механизмом фиксации углерода в живой клетке.