Учёные внедрили механизм растительного белка в бактерии для ускорения 50-летних исследований
Команда из Австралийского национального университета (ANU) модифицировала свойства сворачивания белков у бактерий, добавив несколько компонентов из хлоропластов растений. Это достижение позволяет исследователям детальнее изучать белки хлоропластов и быстрее находить решения для улучшения их функции — цель, над которой работают уже 50 лет.
Исследование было проведено в рамках проекта RIPE (Realizing Increased Photosynthetic Efficiency) под руководством Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне, который занимается повышением продуктивности сельскохозяйственных культур через улучшение фотосинтеза. Проект поддерживается Фондом Билла и Мелинды Гейтс, Фондом исследований в области продовольствия и сельского хозяйства и Министерством иностранных дел, по делам Содружества и развития Великобритании.
Целью работы было понять и улучшить Rubisco — белок в хлоропластах растений, который инициирует фиксацию атмосферного диоксида углерода (CO2) в сахара в процессе фотосинтеза. В отличие от многих других белков фотосинтеза, Rubisco работает медленно и для правильного функционирования требует ряда белков-«шаперонов».
Исследования последних десятилетий идентифицировали большинство, возможно всех, этих партнёров. Это даёт учёным новые возможности для изучения и ускорения растительного Rubisco в Escherichia coli (E. coli) — бактерии, часто используемой в науке для более быстрого изучения белков.
В новой статье, опубликованной в Journal of Experimental Botany, команда ANU продемонстрировала эффективность нового, генетически модульного инструмента экспрессии в E. coli. Работа основана на аналогичном инструменте, разработанном в лаборатории Манаджита Хайер-Хартла, и предоставляет новую систему, лучше подходящую для повышения эффективности Rubisco.
«Сборка этой новой бактериальной биоинженерной стратегии и сравнение её эффективности с естественными хлоропластами была долгосрочной задачей, — сказал профессор Уитни из ANU. — К счастью, эта новая технология теперь предоставляет нам беспрецедентную пропускную способность экспериментов с результатами в течение дней, а не месяцев, которые занимал наш медленный и дорогой традиционный подход с использованием растительных трансгенных систем».
Хотя этой новой биоинженерной системе Rubisco в E. coli потребуются дополнительные доработки для адаптации к разным культурам, Уитни уверен, что их исследование представляет собой критический поворотный момент в возможности «настроить» активность Rubisco.
«Теперь мы можем применить инструмент оптимизации белка — направленную эволюцию, который мы уже использовали для ускорения скоростей фиксации CO2 у ряда непланетных форм, к растительному Rubisco, — сказал Уитни. — Как только мы это сделаем, мы сможем внести желаемые изменения для ускорения Rubisco в сельскохозяйственных культурах с помощью редактирования генов. Тогда мы увидим преимущества в эффективности фотосинтеза и влияние на рост растений и урожайность».