Przełomowe badanie ujawnia otoczkę białkową okrzemek, która zwiększa ich zdolność wiązania CO2, oferując bioinżynierii nowe możliwości zwalczania zmian klimatycznych poprzez optymalizację fotosynteza.
Malutkie okrzemki oceaniczne bardzo skutecznie wychwytują dwutlenek węgla (CO2) ze środowiska, stanowiąc do 20 procent CO na Ziemi2 fiksacja. Naukowcy z Uniwersytetu w Bazylei w Szwajcarii odkryli teraz w tych algach białkową otoczkę, która jest niezbędna dla ich zdolności wiązania CO2 tak skutecznie. To znaczące odkrycie może zainspirować nowe strategie bioinżynieryjne, które pomogą zmniejszyć zawartość CO w atmosferze2 poziomy.
Odkrycie okrzemek i wychwytywanie węgla
Okrzemki, choć niewidoczne gołym okiem, należą do najbardziej produktywnych glonów w oceanie i odgrywają kluczową rolę w globalnym obiegu węgla. W procesie fotosyntezy pochłaniają duże ilości CO2 ze środowiska i przekształcają je w składniki odżywcze, które podtrzymują większość życia w oceanach. Pomimo ich znaczenia, sposób, w jaki okrzemki przeprowadzają ten proces tak skutecznie, pozostaje tajemnicą.
Teraz naukowcy pod kierunkiem prof. Bena Engela z Biozentrum Uniwersytetu w Bazylei wraz z zespołami z Uniwersytet w Yorkuw Wielkiej Brytanii i Uniwersytet Kwansei-Gakuin w Japonii odkryły otoczkę białkową niezbędną dla CO okrzemek2 fiksacja. Wykorzystując zaawansowane techniki obrazowania, takie jak kriotomografia elektronowa (cryo-ET), zmapowali strukturę molekularną otoczki białkowej PyShell i ujawnili jej funkcję. Wyniki tych badań opublikowano niedawno w dwóch artykułach w czasopiśmie Komórka.
PyShell: klucz do wydajnej fotosyntezy
U roślin i glonów fotosynteza zachodzi w chloroplastach. Wewnątrz tych chloroplastów energia słoneczna jest zbierana przez błony tylakoidów, a następnie wykorzystywana do wspomagania enzymu Rubisco wiązania CO2.
Glony mają jednak tę zaletę, że pakują całe swoje Rubisco do małych przegródek zwanych pyrenoidami, w których gromadzi się CO2 można skuteczniej uchwycić. „Odkryliśmy teraz, że pirenoidy okrzemek są otoczone przypominającą kratkę białkową otoczką” – mówi dr Manon Demulder, autorka obu badań. „PyShell nie tylko nadaje pirenoidowi kształt, ale pomaga wytworzyć wysoki poziom CO2 koncentracja w tym przedziale. Dzięki temu Rubisco może skutecznie wiązać CO2 z oceanu i przekształcić go w składniki odżywcze.”
Kiedy naukowcy usunęli PyShell z alg, ich zdolność do wiązania CO2 został znacząco upośledzony. Fotosynteza i wzrost komórek zostały zmniejszone. „To pokazało nam, jak ważny jest PyShell dla wydajnego wychwytywania dwutlenku węgla – procesu, który ma kluczowe znaczenie dla życia w oceanach i globalnego klimatu” – mówi Manon Demulder.
Potencjalne rozwiązania klimatyczne dzięki bioinżynierii
Odkrycie PyShell może również otworzyć obiecujące możliwości badań biotechnologicznych mających na celu walkę ze zmianami klimatycznymi – jednym z najpilniejszych wyzwań naszych czasów. „Przede wszystkim my, ludzie, musimy zredukować emisję CO2 emisji, aby spowolnić tempo zmian klimatycznych. Wymaga to natychmiastowych działań” – mówi Ben Engel.
„KO2 emitowane obecnie, pozostaną w naszej atmosferze przez tysiące lat. Mamy nadzieję, że odkrycia takie jak PyShell mogą pomóc zainspirować nowe zastosowania biotechnologiczne, które usprawniają fotosyntezę i wychwytują więcej CO2 z atmosfery. Są to cele długoterminowe, ale biorąc pod uwagę nieodwracalność CO2 emisji, ważne jest, abyśmy już teraz przeprowadzili badania podstawowe, aby stworzyć więcej możliwości dla przyszłych innowacji w zakresie wychwytywania dwutlenku węgla”.
Odniesienie:
„Pyrenoidy okrzemkowe są otoczone białkową otoczką, która umożliwia wydajne wytwarzanie CO2 fiksacja” Gingi Shimakawy, Manon Demulder, Sereny Flori, Akihiro Kawamoto, Yoshinori Tsuji, Hermanus Nawaly, Atsuko Tanaka, Rei Tohda, Tadayoshi Ota, Hiroaki Matsui, Natsumi Morishima, Ryosuke Okubo, Wojciech Wietrzyński, Lorenz Lamm, Ricardo D. Righetto, Clarisse Uwizeye, Benoit Gallet, Pierre-Henri Jouneau, Christoph Gerle, Genji Kurisu, Giovanni Finazzi, Benjamin D. Engel i Yusuke Matsuda, 1 października 2024 r., Komórka.
DOI: 10.1016/j.cell.2024.09.013
„Plan białka okrzemki CO2-fixing organelle” autorstwa Onyou Nam, Sabiny Musiał, Manon Demulder, Caroline McKenzie, Adam Dowle, Matthew Dowson, James Barrett, James N. Blaza, Benjamin D. Engel i Luke CM Mackinder, 4 października 2024 r., Komórka.
DOI: 10.1016/j.cell.2024.09.025
