Белок, который "усыпляет" водоросли, и его значение для производства зеленого топлива
Водоросли — перспективный источник биотоплива и масел. Главное препятствие для их массового производства: они синтезируют больше масла в состоянии стресса, например, при голодании.
В стрессе водоросли экономят энергию. Они впадают в состояние покоя (гибернацию), прекращая рост и деление, и накапливают энергетические резервы в виде крахмала и триацилглицеринов (TAG). TAG — сырьё для биотоплива.
После снятия стресса водоросли выходят из гибернации, расходуют резервы и возобновляют рост.
Дилемма для биотоплива: водоросли в стрессе производят много TAG, но плохо растут. Водоросли без стресса растут хорошо, но производят мало TAG. Понимание механизмов гибернации поможет решить эту проблему.
Команда Кристофа Беннинга из MSU-DOE Plant Research Laboratory изучает биологические причины этой дилеммы. В новом исследовании, опубликованном в The Plant Cell, они исследовали белок, управляющий гибернацией.
Взгляд на гибернацию водорослей
Учёные изучают мутантный штамм водорослей, который медленнее расщепляет TAG при выходе из гибернации. Этот мутант не может нормально управлять процессом покоя.
Ответственный за это белок, отсутствующий у мутанта, называется Compromised Hydrolysis of Triacylglycerols 7 (CHT7). Он — часть системы, которая помогает водорослям входить в гибернацию и выходить из неё.
"Без CHT7 клетки водорослей не могут нормально впасть в гибернацию. Они не могут возобновить нормальное деление при выходе из неё", — говорит Томоми Такеучи. — "При этом CHT7 сам не генерирует энергетические резервы, включая TAG".
Проблемы мутантных клеток:
- Они не могут "выключить" гены клеточного цикла во время гибернации. Они продолжают расти, становятся крупнее обычного, и многие клетки погибают.
- Они продолжают делиться во время гибернации, когда не должны. Их потомки разного размера, с дезорганизованными органеллами. Ситуация сравнима с неконтролируемо делящимися раковыми клетками.
- Они медленнее возобновляют функции роста при выходе из гибернации.
Такеучи называет эти изменения крайне разрушительными для клетки. Есть свидетельства, что CHT7 работает не один.
"Мы считаем, что он является частью более крупного белкового комплекса, контролирующего гибернацию", — говорит Такеучи. — "Нам нужно изучить, как CHT7 интегрируется в этот комплекс и работает с ним".
Следующие шаги: Учёные начали с того, что разрезали белок CHT7 на части и вставляли их обратно в мутант, чтобы увидеть, какие части исправляют дефекты. Это помогло выявить критические для гибернации участки, которые могут взаимодействовать с другими белками. Следующий шаг — изучение других белков в комплексе.
Значение работы:
- Ричард Сир (NSF): "Производство биотоплива из высших растений требует длительного периода роста и специфических сельхозугодий. Водоросли могут производить предшественники биотоплива непрерывно и культивироваться в прудах или биореакторах. Данная работа — значительный шаг к преодолению препятствий на этом пути".
- Кристоф Беннинг: "Эта статья представляет собой глубокое погружение в работу важного клеточного процесса. Исследование было прекрасно организовано Такеучи в рамках её недавно защищённой докторской диссертации".