Синехококк растёт в ответ на яркий свет

Цианобактерия Synechococcus sp. PCC 7002, в отличие от большинства своих собратьев, не замедляет рост под воздействием яркого света, а, наоборот, начинает расти с рекордной скоростью. Это делает её перспективной целью для создания более эффективных и дешёвых биотоплив или инструментов для производства химических веществ.

Исследователи выяснили причину такой устойчивости. Организм утраивается в размере, чтобы вместить быстро расширяющийся клеточный аппарат для синтеза белков. Он использует энергию интенсивного света для поддержания роста.

Результаты учёных из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) Министерства энергетики США, в сотрудничестве с другими институтами, опубликованы 26 июля в журнале mBio.

Солнечный свет и Synechococcus

Цианобактерии улавливают солнечную энергию, создают пищу, поглощая CO₂ и выделяя кислород. Эти одноклеточные организмы играют критическую роль в климате Земли.

«Эти организмы — главный путь захвата солнечной энергии и углекислого газа на нашей планете», — говорит учёный PNNL Александр Беляев, один из авторов статьи.

Когда свет становится слишком ярким, большинство цианобактерий замедляют рост, направляя ресурсы на ремонт клеток. Но Synechococcus sp. PCC 7002 использует избыточный свет для химических реакций и направляет дополнительную энергию на быстрый рост.

Организм удваивается в размере менее чем за 2 часа, тогда как другим видам для этого требуется от 7 до 12 часов. Это огромная разница в продуктивности для учёных, выращивающих организм как источник топлива.

«Вопрос для всех: как мы можем производить доступное топливо и химикаты быстрее? Это критическое узкое место для процессов получения возобновляемого биотоплива», — говорит Ханс Бернстайн, также автор статьи.

Расширение клеточного аппарата

Команда использовала ресурсы EMSL (Environmental Molecular Sciences Laboratory), чтобы выявить молекулярные сигналы, лежащие в основе способности организма оставаться продуктивным при ярком свете.

В условиях яркого света, где другие цианобактерии замедляются, команда не увидела никаких признаков замедления у этого организма. Вместо этого учёные показали, что у организма есть ресурсы для очень быстрого расширения: он быстро строит молекулярный аппарат для преобразования световой энергии и CO₂ в новый рост.

Активность генов, участвующих в синтезе белков, улавливании света, преобразовании солнечного света в пищу и поглощении CO₂, значительно возросла. Чтобы вместить возросшую активность, клетки утраиваются в размере.

Это похоже на фабрику, которая мгновенно расширяет свои сборочные линии, чтобы принять увеличенный поток сырья.

«Этот организм реагирует на очень высокий уровень света, фиксируя углекислый газ и увеличивая производство аппарата для создания биомассы», — говорит Бернстайн. «Он строит белки так быстро, как только может, для быстрого роста, и для этого требуется дополнительное пространство».