Исправлено 44-летнее заблуждение о метаболическом пути цианобактерий

Исследовательская группа под руководством Дональда Брайанта из Университета штата Пенсильвания и Университета штата Монтана опровергла общепринятое 44-летнее предположение о том, как некоторые виды бактерий производят энергию и синтезируют клеточные материалы.

Исследование, которое будет опубликовано в журнале Science 16 декабря 2011 года, может помочь в открытии новых способов генной инженерии бактерий для производства биотоплива. Многие учебники, цитирующие старую интерпретацию как факт, вероятно, будут пересмотрены.

В 1967 году две группы исследователей пришли к выводу, что важный энергопродуцирующий цикл — цикл трикарбоновых кислот (TCA), или цикл Кребса — неполон у цианобактерий (фотосинтезирующих бактерий, ранее известных как сине-зелёные водоросли). Они решили, что цианобактериям не хватает ключевого фермента 2-оксоглутаратдегидрогеназы, что делает их неспособными производить соединение сукцинил-кофермент А для следующего шага цикла и окислять метаболиты для выработки энергии.

Брайант и его команда перепроверили эту гипотезу, проведя новые биохимические и генетические анализы на цианобактерии Synechococcus sp. PCC 7002. Они обнаружили, что у бактерии есть гены для альтернативных ферментов:

  • сукцинат-полуальдегиддегидрогеназы

  • 2-оксоглутаратдекарбоксилазы (ранее неверно идентифицированный ген)

Эти два фермента работают вместе, позволяя организмам перейти к следующему промежуточному продукту — сукцинату — и завершить цикл TCA немного другим путём. Гены, кодирующие эти ферменты, присутствуют в геномах всех цианобактерий, кроме некоторых морских видов.

Значение открытия:

  1. Для биоэнергетики: Понимание того, как цианобактерии производят энергию, может позволить генетически сконструировать штамм для синтеза предшественников биотоплива и пластиков, например, 1,3-бутандиола.
  2. Для науки: Это показывает, как преждевременные выводы, основанные на отрицательных результатах (неудаче в обнаружении фермента 44 года назад), могут десятилетиями кочевать по учебникам как факт. Исследование подчёркивает важность проверки геномных аннотаций биохимическими методами.