Ученые раскрыли ключ к созданию «пожирающих углерод» растений

Открытие механизма работы критического фермента, «скрытого в чертежах природы», проливает свет на то, как клетки контролируют ключевые процессы фиксации углерода.

Исследование, проведенное учеными из Австралийского национального университета (ANU) и Университета Ньюкасла (UoN), может помочь создать устойчивые к изменению климата сельскохозяйственные культуры, способные эффективнее поглощать CO₂ из атмосферы и производить больше пищи.

Работа, опубликованная в Science Advances, описывает ранее неизвестную функцию фермента карбоксисомной карбоангидразы (CsoSCA). Этот фермент содержится в цианобактериях (сине-зеленых водорослях) и максимизирует способность микроорганизмов извлекать углекислый газ из атмосферы.

Цианобактерии ежегодно захватывают около 12% мирового CO₂. Они обладают высокоэффективной системой концентрирования CO₂ (ССМ), которая позволяет им фиксировать углерод и превращать его в сахара значительно быстрее, чем обычные растения.

Ключевые элементы системы:

• Карбоксисомы — белковые компартменты, где происходит секвестрация CO₂.
• Фермент Rubisco — превращает CO₂ в сахара.
• Фермент CsoSCA — создает высокую локальную концентрацию CO₂ внутри карбоксисомы для работы Rubisco.

Главное открытие: Ученые выяснили, как регулируется активность CsoSCA. Оказалось, что этот фермент активируется молекулой RuBP — тем же субстратом, который необходим Rubisco для фиксации углерода.

Как это работает:

1. RuBP действует как переключатель для CsoSCA.
2. Когда RuBP много, фермент включается и начинает поставлять CO₂ для Rubisco.
3. Если RuBP заканчивается, фермент выключается.
4. Это делает всю систему сверхточно настроенной и эффективной.

«Скорость, с которой фермент CsoSCA поставляет CO₂ для Rubisco, зависит от количества RuBP. Это похоже на приготовление сэндвича: CO₂ — это начинка, а RuBP — хлеб. Без хлеба сэндвич не сделать», — объяснил ведущий автор доктор Бен Лонг.

Потенциальное применение: Инженерия сельскохозяйственных культур с подобной эффективной ССМ может значительно увеличить урожайность, снизить потребность в азотных удобрениях и орошении, а также повысить устойчивость продовольственных систем к изменению климата.