Расшифрован молекулярный механизм выживания цианобактерий

Цианобактерии (сине-зелёные водоросли) создают энергетические резервы для выживания в стрессовых условиях, например, при длительной темноте. Ключевую роль в этом играет молекулярный «переключатель» в ферменте ATPase. Удаление этого переключателя позволит перенаправить избыточную энергию бактерий на биотехнологические цели, такие как производство водорода, без ущерба для их жизнедеятельности.

Это открытие сделала исследовательская группа под руководством проф. д-ра Маттиаса Рёгнера (Биохимия растений, Рурский университет) совместно с японскими коллегами из Токийского технологического института. Результаты опубликованы в Journal of Biological Chemistry.

Молекулярный переключатель предотвращает потерю энергии

Энергоёмкая молекула ATP служит хранилищем энергии, полученной в процессе фотосинтеза. Её синтез и расщепление контролирует фермент ATPase. У цианобактерий в ATPase есть особая область, работающая как переключатель. Она предотвращает преждевременный распад ATP в темноте, когда фотосинтез не идёт, позволяя бактерии создавать энергетический резерв для стрессовых периодов. Однако этот же переключатель замедляет скорость фотосинтетического транспорта электронов при расщеплении воды на свету. Проф. Рёгнер сравнивает это с попыткой «затолкать что-то на склад, который уже полон».

Перспектива для биотехнологического производства водорода

В эксперименте исследователи с помощью генной инженерии удалили область-переключатель у ATPase цианобактерий. Ожидалось, что бактерии станут более уязвимыми и медленнее расти, но этого не произошло. В лабораторных условиях (без светового стресса) модифицированные бактерии росли так же, как и обычные (дикий тип). Однако они формировали меньшие запасы ATP, поэтому хуже переносили длительные периоды темноты. Зато избыточная энергия, которая в норме уходила в резервы, стала доступна для биотехнологического применения.

«Это должно позволить в будущем использовать не менее 50% энергии, полученной от светозависимого расщепления воды, для других процессов, например, для производства биологического водорода с помощью цианобактериальных культур в фотобиореакторах», — оценивает проф. Рёгнер.