Оптимизация цианобактерий для производства биотоплива

Цианобактерии рассматриваются как перспективные биокатализаторы для получения чистой энергии и "зелёных" химикатов из солнечного света и атмосферного CO2. Новое исследование изучило влияние изменения крупных клеточных комплексов — фикобилисом, которые цианобактерии используют для эффективного улавливания световой энергии при фотосинтезе.

Ключевые выводы:

  • Изменение структуры фикобилисом косвенно влияет на критически важные и широкие метаболические пути и другие ключевые клеточные процессы, выходящие за рамки светособирания и фотосинтеза.
  • Хотя изменение структуры фикобилисом может повысить эффективность захвата энергии для биотехнологических приложений, эти усилия могут привести к снижению способности мутантных цианобактерий выполнять базовые клеточные функции.

Методология:

В рамках кампании по синтетической биологии EMSL, исследователи из Вашингтонского университета и EMSL (Environmental Molecular Sciences Laboratory) изучили протеомы трёх мутантных штаммов цианобактерий с разной степенью усечения фикобилисом. Для глубокого количественного анализа протеома использовались платформы жидкостной хроматографии-тандемной масс-спектрометрии (LC-MS/MS) высокой массовой точности в EMSL.

Результаты:

  • Анализ выявил, что 841 белок показал значительные изменения в количестве среди мутантных штаммов.
  • Даже незначительные изменения в светособирающей способности у мутанта с наименьшим усечением фикобилисом оказали каскадный эффект на широкий спектр клеточных процессов, включая использование, регуляцию и мембранный транспорт таких ресурсов, как железо, нитрит/нитрат и бикарбонат.
  • Полная потеря структуры фикобилисом у наиболее сильно изменённого мутанта существенно нарушила большинство этих клеточных процессов.

Заключение:

Структуры фикобилисом критически важны для эффективных клеточных и мембранных транспортных функций. Их изменение имеет далеко идущие и непредсказуемые последствия. Таким образом, попытки напрямую усечь фикобилисом для повышения эффективности захвата световой энергии могут ухудшить метаболическую функцию и другие жизненно важные клеточные процессы в мутантных штаммах.