Ученые раскрыли, как бактерии строят ключевой механизм фиксации углерода
Исследователи из Ливерпульского университета получили новое представление о том, как цианобактерии строят органеллы, необходимые для их способности к фотосинтезу. Работа, выполненная в сотрудничестве с Научно-техническим университетом Китая, опубликована в PNAS.
Цианобактерии — древняя группа фотосинтезирующих микробов, обитающих в океане и большинстве внутренних водоемов. Они эволюционировали белковую органеллу, называемую карбоксисомой, для эффективного превращения углекислого газа из окружающей среды в сахар.
Ключевой этап этого превращения катализируется ферментом фиксации углерода Rubisco. Однако Rubisco «плохо спроектирован», поскольку неэффективно фиксирует CO2 при высоком уровне O2 вокруг. Цианобактериальные карбоксисомы изолируют и концентрируют ферменты Rubisco в отдельном компартменте, создавая среду с низким содержанием O2 для улучшения фиксации углерода.
«Загадка, как клетки цианобактерий генерируют сложную структуру карбоксисомы и упаковывают ферменты Rubisco в органелле для выполнения биологических функций», — сказал профессор Ливерпульского университета Лунинг Лю, старший автор статьи.
Формирование комплекса Rubisco включает несколько «вспомогательных» белков-шаперонов, включая белок под названием фактор сборки Rubisco 1 (Raf1). Чтобы понять точную роль Raf1, команда использовала современные методы микроскопии (конфокальная флуоресцентная микроскопия, электронная микроскопия и крио-электронная микроскопия) в сочетании с молекулярной биологией и биохимическими методами.
Исследователи доказали, что Raf1 жизненно важен для построения комплекса Rubisco. Без Raf1 комплексы Rubisco собираются менее эффективно и не могут быть плотно упакованы внутри карбоксисом. Это может сильно повлиять на построение карбоксисом и, следовательно, на рост клеток цианобактерий.
«Это первый раз, когда мы определили функцию шаперонов сборки Rubisco в биосинтезе карбоксисом в клетках цианобактерий», — сказал доктор Фанг Хуан, первый автор статьи. «Мы также смогли предложить новую рабочую модель биогенеза карбоксисом».
В настоящее время наблюдается огромный интерес к переносу карбоксисом в сельскохозяйственные культуры для повышения урожайности и производства продуктов питания. Это исследование может предоставить важную информацию, необходимую для создания неповрежденного и функционального механизма фиксации углерода.