Как восприятие света в воде влияет на питание цианобактерий
Исследователи из лаборатории Монтгомери обнаружили связь между тем, как водные бактерии (цианобактерии) отслеживают качество света в окружающей среде, и их способностью эффективно осуществлять фотосинтез.
Цианобактерии (цианы) — одни из целевых организмов для биотехнологий. Миллиарды лет назад они были одними из первых организмов, начавших фотосинтез. Сегодня цианы — одни из лучших фотосинтетиков на планете, выработавшие множество систем для мониторинга качества света, чтобы оптимизировать фотосинтез.
Наука: качество света меняет способ получения пищи
Исследование, опубликованное в журнале mSphere, показывает, как цианобактерия Fremyella отслеживает изменения в доступных длинах волн света, чтобы контролировать количество энергии и пищи, получаемой в процессе фотосинтеза.
Две системы, объяснённые кратко
- Отслеживание качества света: Цианы всплывают или погружаются в воде, чтобы занять выгодное положение. На поверхности много красного света, а с глубиной его становится меньше, но остаётся зелёный. Цианы постоянно настраиваются на улавливание наиболее доступной длины волны.
- Фабрики фотосинтеза (нанофабрики): На последнем этапе фотосинтеза CO2 превращается в энергетические молекулы. У циан этот процесс происходит внутри крошечных структур — карбоксисом (нанофабрик).
Ключевое открытие
В предыдущих исследованиях у цианобактерии генетически удалили главный световой детектор (RcaE), и она потеряла способность адаптироваться к изменению света.
К удивлению учёных, это изменение повлияло на нанофабрики. Мутантная форма производила больше нанофабрик, но меньшего размера (до 7 на срез клетки против обычных 2-3).
Отсутствие детектора света привело к:
- Увеличению количества материала для "стенок" нанофабрики.
- Уменьшению количества "машин" (ферментов) внутри нанофабрики, перерабатывающих пищу.
Вывод: Большее количество строительного материала конкурировало за меньшее число доступных машин. В результате механизмы распределились между более многочисленными, но мелкими нанофабриками.
"Каким-то образом отслеживание внешнего света — это способ жёстко контролировать количество и структуру нанофабрик. Мы пока не уверены, как эти две системы взаимодействуют", — говорит Брэндон Ронке, аспирант лаборатории.
Команда исключила побочные эффекты, которые могли вызвать это наблюдение (изменённая форма клетки или выработка токсичных побочных продуктов).
Значение для будущего
Исследование — часть работы Лаборатории исследований растений MSU-DOE по перепрофилированию цианобактериальных нанофабрик для производства материалов для человека (возобновляемая энергия, медицинские продукты).
"Возможность увеличивать или уменьшать количество и размер нанофабрик может помочь управлять уровнями продуктивности в будущих биотехнологических контекстах. Но это лишь один контрольный механизм. Нам предстоит расшифровать ещё много", — отмечает Брэндон Ронке.