Неожиданное открытие: Сине-зелёные водоросли производят масло

Сине-зелёные водоросли (цианобактерии) могут производить масло из воды и углекислого газа с помощью света. Это показало недавнее исследование Боннского университета. Результат неожиданный: до сих пор считалось, что эта способность есть только у растений. Возможно, цианобактерии станут интересны как поставщики кормов или топлива, особенно учитывая, что им не нужны сельскохозяйственные угодья. Результаты опубликованы в журнале PNAS.

«Мы впервые показали, что цианобактерии тоже могут это делать», — объясняет биолог профессор д-р Петер Дёрманн из Института молекулярной физиологии и биотехнологии растений (IMBIO). «Это была полная неожиданность».

До сих пор эксперты полагали, что цианобактериям не хватает этого свойства. Они являются бактериями и сильно отличаются от растений. «В литературе действительно есть старые сообщения о том, что цианобактерии могут содержать масло, но они никогда не были подтверждены», — говорит Дёрманн.

Учёный много лет изучает фермент, катализирующий один из этапов синтеза масла у растений. Этот фермент активен в хлоропластах — органеллах, отвечающих за фотосинтез. Многие учёные полагают, что хлоропласты изначально произошли от цианобактерий. Согласно теории эндосимбиоза, более миллиарда лет назад растительная клетка «поглотила» цианобактерию. «Если эта гипотеза верна, то фермент синтеза масла в хлоропластах, возможно, изначально происходит от цианобактерий», — объясняет Дёрманн.

Фермент синтеза масла похож на растительный

Учёный вместе со своим аспирантом Мохаммедом Айзуком исследовал эту возможность. Они искали в геномах различных цианобактерий ген, похожий на генетический код фермента, участвующего в синтезе масла у растений. Поиск увенчался успехом: в сине-зелёных водорослях нашли ген для ацилтрансферазы — к этой же группе относится и растительный фермент. Дальнейшие тесты показали, что цианобактерии действительно производят масло с помощью этого фермента, хотя и в небольших количествах.

Результат интересен с эволюционно-биологической точки зрения: он показывает, что часть механизма синтеза масла в хлоропластах растений, вероятно, происходит от цианобактерий. Однако современные растения в основном используют другие метаболические пути для производства масла.

Кроме того, результат может открыть новые возможности для производства кормов для животных или биотоплива. В отличие от масличных культур, таких как рапс, цианобактериям для роста не нужны пахотные земли — достаточно контейнера с питательной средой, светом и теплом. Это делает их пригодными, например, для пустынь, где они могут производить масло для двигателей, не конкурируя с продовольственными культурами. При сгорании будет выделяться только тот CO₂, который цианобактерии ранее извлекли из воздуха при производстве масла, что может внести вклад в защиту климата.

«Подобные эксперименты уже ведутся с зелёными водорослями, — говорит Дёрманн. — Однако их сложнее содержать, и их не так просто биотехнологически оптимизировать для достижения максимальной скорости производства масла». С цианобактериями ситуация может быть иной. Изучаемый в Боннском университете вид производит лишь очень небольшое количество масла. «Вполне возможно, что другие виды значительно более продуктивны», — говорит биолог. Кроме того, сине-зелёные водоросли, как и другие бактерии, можно относительно легко генетически модифицировать. «Поэтому вполне возможно, что выход масла можно будет значительно увеличить с помощью биотехнологических средств».