Открытие в области водорослей открывает перспективы для устойчивого производства биотоплива

Ученые под руководством Джеймса Юмена, доктора философии, из Центра наук о растениях имени Дональда Данфорта, обнаружили способ повысить выработку масла у водорослей без ущерба для их роста. Результаты опубликованы 6 сентября в журнале The Plant Cell в статье «Синергизм между инозитолполифосфатами и сигнализацией киназы TOR в восприятии питательных веществ, контроле роста и липидном обмене у Chlamydomonas».

Ключевое открытие

Исследователи идентифицировали мутацию vip1-1 у зеленой водоросли Chlamydomonas, которая снимает ключевое ограничение: обычно максимальные урожаи масла у микроводорослей можно получить только из голодающих культур.

Механизм действия

Мутация затрагивает взаимодействие двух эволюционно консервативных сигнальных систем:

  1. Белок TOR (target of rapamycin), регулирующий скорость роста клеток в зависимости от уровня питательных веществ.
  2. Семейство белков VIP, производящих высокофосфорилированные молекулы — инозитолполифосфаты, функция которых у водорослей была плохо изучена.

У мутантных клеток vip1-1 рост стал чрезвычайно чувствителен к изменениям активности TOR, но эта зависимость определялась источником углерода:

  • При ингибировании TOR и наличии ацетата (легкодоступный источник углерода) и света рост клеток vip1-1 полностью останавливался.
  • Когда ацетат удаляли, оставляя только атмосферный CO2, мутация vip1-1 не влияла на рост при ингибировании TOR.

Практический результат — накопление масла

Дальнейшее изучение метаболизма мутанта показало:

  • Активно растущие клетки vip1-1 сверхнакапливали масло по сравнению с нормальными клетками, практически без замедления роста.
  • В условиях голодания, когда нормальные клетки значительно увеличивают содержание масла, клетки vip1-1 накапливали его еще больше — до двух раз выше, чем у обычных водорослей.

Перспективы

Как отмечает ведущий автор Инамакулада Куэсо, доктор философии, это исследование открывает новый путь к пониманию контроля углеродного метаболизма и накопления запасов. Расшифровка сигнального кода инозитолполифосфатов позволяет рассматривать перспективу перепрограммирования метаболизма водорослей для более эффективного производства масла или других ценных углеродсодержащих соединений.