Учёные открыли регуляторный путь, управляющий фабриками фиксации углерода у цианобактерий
Цианобактерии, выполняющие фотосинтез задолго до появления растений и водорослей, критически важны для глобального углеродного цикла, фиксируя до 30% мирового углекислого газа. Их простота делает их идеальными объектами для изучения основ биологии и перспективными кандидатами для биоинженерии.
Лаборатория Дэнни Дуката в Университете штата Мичиган исследует, как цианобактерии управляют процессом фиксации углерода. В новом исследовании, опубликованном в The Plant Journal, команда под руководством постдока Марии Сантос-Мерино выявила ключевой регуляторный путь между светособирающими системами бактерий и внутренними компартментами, где происходит фиксация углерода.
Контроль карбоксисом
Фотосинтез у цианобактерий отличается от такового в клетках растений. Ранее лаборатория Дуката обнаружила, что при инженерии цианобактерий для секреции сахара их фотосинтетическая эффективность возрастала. Исследуя причину, команда связала этот эффект с белком RpaA (Regulator of Phycobilisome Association A), чья роль не была до конца ясна.
Внутри каждой цианобактерии находятся компартменты — карбоксисомы (белковые оболочки, содержащие фермент Rubisco, который захватывает CO2). Новое исследование показало, что RpaA функционирует на стыке светособирающего аппарата клетки и её карбоксисом, выступая посредником, который помогает этим компартментам расти или уменьшаться в зависимости от изменений в энергоснабжении.
Чтобы раскрыть весь путь, исследователи создали мутантные штаммы цианобактерий, лишённые белка RpaA, и сравнили их с нормальными клетками. Они использовали:
- Флуоресцентные метки для наблюдения за карбоксисомами под микроскопом.
- Изменение условий (свет, подача углерода).
- Измерение потребления и выделения CO2 и O2.
Команда обнаружила, что без RpaA карбоксисомы полностью распадаются, когда цианобактерия находится в состоянии стресса. Это обратимо при снятии стресса, что указывает на динамическую регуляторную систему.
Фундамент для улучшения фотосинтеза
Это фундаментальное открытие закладывает основу для будущих инноваций. Высокая эффективность цианобактерий в превращении солнечного света в сахара позволяет рассматривать их как основу для производства широкого спектра биоматериалов без потребности в пахотных землях или питьевой воде.
«Чтобы раскрыть весь биотехнологический потенциал цианобактерий, нам нужно понять каждую деталь процессов внутри них», — говорит Сантос-Мерино. — «Нам ещё многое предстоит открыть».