Молекулярный «швейцарский нож» для улучшения производства биотоплива

Исследователи из Университета штата Мичиган создали молекулярный «швейцарский нож», который упрощает молекулярную машинерию цианобактерий (сине-зелёных водорослей), делая производство биотоплива и других «зелёных» химикатов из этих организмов более жизнеспособным.

В статье, опубликованной в журнале Plant Cell, учёные описали создание синтетического белка, который не только улучшает сборку карбоксисомы — «фабрики» по фиксации углерода у цианобактерий, — но и служит доказательством концепции для устройства, способного потенциально улучшить фотосинтез растений или внедрить новые метаболические пути в бактерии.

Упрощение сложной системы

Команда под руководством Черил Керфилд (Hannah Distinguished Professor of Structural Bioengineering) работала с бактериальными микрокомпартментами (BMC) — самоорганизующимися клеточными органеллами, выполняющими множество метаболических функций. Карбоксисома — особенно сложный BMC, для сборки которого требуется серия белковых взаимодействий с участием как минимум шести генов.

Чтобы упростить этот процесс, исследователи создали гибридный белок в цианобактериях. Этот новый белок заменяет четыре генных продукта, но при этом всё ещё поддерживает фотосинтез.

Преимущества и потенциал

• Для растений: Сокращение числа генов, необходимых для построения карбоксисом, должно облегчить их перенос в растения. Это может повысить способность растений фиксировать CO₂ из атмосферы.
• Для биоинженерии: Исследование показывает, что BMC можно разбирать на составные части и заменять их. Это открывает огромный потенциал для перепроектирования существующих «фабрик» или создания новых для желаемых метаболических процессов в бактериях.

Ограничения и безопасность

Модифицированные цианобактерии, хотя и преуспевают в фотосинтезе в лаборатории, не готовы конкурировать в естественной среде. Потеря четырёх генов делает их менее гибкими по сравнению с природными аналогами. Как отметила Керфилд, у них больше нет всех инструментов, чтобы выживать и конкурировать в природных условиях, таких как пруды.