Учёные нашли «переключатель» для увеличения накопления крахмала в водорослях

Исследователи из Токийского технологического института и Университета Тохоку обнаружили «переключатель», контролирующий уровень содержания крахмала в водорослях. Это открывает перспективы для крупномасштабного производства крахмала из водорослей — ценного биоресурса для биотоплива и других возобновляемых материалов.

Ключевое открытие:

  • Исследование, опубликованное в The Plant Journal, было сосредоточено на одноклеточной красной водоросли Cyanidioschyzon merolae.
  • Учёные показали, что содержание крахмала можно резко увеличить, инактивируя TOR (target of rapamycin) — протеинкиназу, играющую важную роль в росте клеток.
  • После инактивации TOR с помощью рапамина наблюдалось заметное увеличение уровня крахмала через 12 часов и десятикратный рост через 48 часов.

Механизм «переключателя»:

  • С помощью метода жидкостной хроматографии-тандемной масс-спектрометрии (LC-MS/MS) исследователи изучили изменения в структуре более 50 белков, которые могут быть вовлечены в «включение» процесса накопления крахмала.
  • В результате был идентифицирован ключевой белок GLG1. Он действует аналогично гликогенину — ферменту, обнаруженному в клетках дрожжей и животных, который участвует в инициации синтеза крахмала (или гликогена).

Практическое значение:

  • Открытие механизма представляет огромный интерес для отраслей, стремящихся масштабировать производство биотоплива и ценных биохимикатов.
  • Результаты могут ускорить производство экологически чистых топливных добавок, фармацевтических препаратов, косметики и биопластиков.
  • Водоросли, по сравнению с наземными растениями, очень привлекательны благодаря высокой фотосинтетической продуктивности и относительной простоте культивирования. Крахмал, триацилглицерины (TAGs) и другие компоненты биомассы водорослей рассматриваются как многообещающий путь для достижения Целей устойчивого развития (SDGs) ООН.

Дальнейшие исследования:

  • Учёные отмечают, что дополнительные исследования с использованием других видов водорослей, а также высших растений, таких как Arabidopsis thaliana, могут дать больше информации о фундаментальных молекулярных механизмах накопления крахмала.
  • «Эта информация поможет разработать технологии для повышения продуктивности биосинтеза крахмала и, как следствие, улучшит устойчивое производство биомассы и биоэнергии», — говорит руководитель исследования Сосукэ Имамура.