Обнаружен ранее неизвестный ген, косвенно стимулирующий фотосинтез у цианобактерий

Цианобактерии, или сине-зелёные водоросли, осуществляют фотосинтез в огромных масштабах, производят кислород и поглощают парниковый газ CO₂ из окружающей среды. Для этого им необходимы дополнительные питательные вещества, такие как азот.

Команда под руководством профессора генетики Вольфганга Р. Хесса из Университета Фрайбурга обнаружила ранее неизвестный ген, играющий ключевую роль в координации азотного и углеводного обмена. С его помощью цианобактерии косвенно регулируют рост микроорганизмов, способствующих фотосинтезу.

«Наша работа показывает, что существуют многочисленные, ранее неизвестные взаимозависимости даже между мельчайшими организмами в окружающей среде, и в этом участвуют многие неизученные гены», — говорит Хесс. Результаты опубликованы в Nature Communications.

Баланс основных питательных веществ

Количество доступного углерода (CO₂) и азота для растений, водорослей и цианобактерий не всегда одинаково. Для фотосинтеза крайне важен физиологически релевантный баланс между этими двумя первичными питательными веществами.

В генетических данных цианобактерий аспирант Александр Краус обнаружил и охарактеризовал ген, играющий в этом контексте ключевую роль. Ген кодирует белок NirP1. Он производится только в том случае, если клетки обнаруживают дефицит углерода по отношению к доступному азоту.

Белок сам по себе слишком мал, чтобы действовать как фермент. Однако в сотрудничестве с доктором Филиппом Шпэтом и профессором Борисом Мачеком из Протеомного центра Университета Тюбингена исследователи выяснили, что NirP1 может прочно связываться с ферментом, который в норме превращает нитрит в аммоний.

NirP1 предотвращает это превращение, что приводит к накоплению нитрита в клетках. За этим следуют дальнейшие масштабные метаболические изменения, детально проанализированные в сотрудничестве с командой профессора Мартина Хагемана из Ростокского университета.

В итоге цианобактерии начинают экспортировать нитрит в окружающую среду, где дополнительный нитрит стимулирует рост полезных микроорганизмов, формируя микробиом, благоприятный для фотосинтеза цианобактерий.

Результаты дают идеи для дальнейших исследований взаимодействий между микроорганизмами и роли этого ранее малоизвестного регуляторного гена. «Кроме того, небольшие регуляторные белки, подобные NirP1, в будущем могут быть использованы в "зелёной" и "синей" биотехнологии для целенаправленного контроля метаболизма», — отмечает Хесс.