Учёные показали, как загадочная бактерия из пустыни Гоби собирает солнечную энергию

Восемь лет назад в озере Тяньэху (Лебединое озеро) в пустыне Гоби была обнаружена необычная бактерия. Новый организм принадлежит к редкому бактериальному роду Gemmatimonas и содержал бактериохлорофилл — пигмент, родственный хлорофиллам растений. Анализ её генома, проведённый совместно европейскими и британскими учёными, показал, что эта новая бактерия осуществляет древнюю форму фотосинтеза.

Ведущий автор, доктор Пу Цянь, говорит: «Это структурное и функциональное исследование имеет захватывающие последствия, поскольку показывает, что G. phototrophica независимо эволюционировала свою собственную компактную, надёжную и высокоэффективную архитектуру для сбора и улавливания солнечной энергии».

В своей статье, опубликованной 16 февраля в Science Advances, команда показывает, как этот загадочный организм собирает световую энергию. Они объясняют, как использовали криоэлектронную микроскопию, данные для которой собирались в четырёх разных лабораториях:

• Изначально в Базельском университете, где получили проекционную карту комплекса.
• Затем данные были собраны в eBIC (Центре электронной био-визуализации) в британском Diamond Light Source, что позволило получить структуру с разрешением 3.4 Å.
• Дальнейший сбор данных был проведён в CEITECH в Чешской Республике. Объединение двух наборов данных дало модель с разрешением 3.2 Å.
• Финальный сбор данных, выполненный в Thermo Fisher Scientific, позволил получить структуру с разрешением 2.4 Å.

Их работа раскрыла детальную структуру фотосинтетического комплекса, который включает 178 пигментов, связанных с более чем 80 белковыми субъединицами. Светособирающие субъединицы расположены в два концентрических кольца вокруг реакционного центра, который преобразует поглощённую световую энергию в электрический заряд.

«Архитектура комплекса очень элегантна. Настоящий шедевр природы, — говорит доктор Михал Коближек из Института микробиологии Чехии. — Он обладает не только хорошей структурной стабильностью, но и отличной эффективностью сбора света».

Поскольку пигменты во внешнем кольце имеют более высокую энергию, чем пигменты в центре кольца, вся эта структура работает как воронка. Энергия, поглощённая пигментами на периферии комплекса, передаётся в течение нескольких пикосекунд по градиенту энергии к центру комплекса, где преобразуется в метаболическую энергию.