Hvordan bakterier bygger essentielt kulfikserende maskineri

2023 Forfatter: Vanessa Kennett | [email protected]. Sidst ændret: 2023-05-20 17:31

Forskere fra University of Liverpool har afsløret ny indsigt i, hvordan cyanobakterier konstruerer de organeller, der er afgørende for deres evne til at fotosyntese. Forskningen, som er udført i samarbejde med University of Science and Technology of China, er blevet offentliggjort i PNAS.

Cyanobakterier er en gammel gruppe af fotosyntetiske mikrober, der forekommer i havet og de fleste indre farvande. De har udviklet en proteinorganel, kaldet carboxysomet, for at omdanne miljøets kuldioxid til sukker på en effektiv måde.

Et nøgletrin i denne omdannelse katalyseres af et kulstoffikserende enzym Rubisco. Rubisco er dog dårligt 'designet', fordi den er ineffektiv til at rette CO₂, når der er et højt niveau af O₂. Cyanobakterielle carboxysomer sekvestrerer og koncentrerer Rubisco-enzymer i det adskilte rum og giver et lavt O_{2 miljø for Rubisco for at forbedre kulstoffikseringen.}

"Det er et mysterium, hvordan cyanobakterielle celler genererer den komplekse carboxysomstruktur og pakker Rubisco-enzymer i organellen for at have biologiske funktioner," sagde Luning Liu, professor ved University of Liverpool, og en seniorforfatter på dette papir.. "Min forskergruppe har interesse i at behandle nøglespørgsmålene i denne biologiske proces."

Dannelsen af Rubisco-komplekset involverer nogle få 'hjælpende' proteiner kaldet chaperoner, herunder et protein ved navn Rubisco assembly factor 1 (Raf1). For at forstå de nøjagtige roller af Raf1 brugte holdet avancerede mikroskopier, såsom konfokal fluorescensmikroskopi, elektronmikroskopi og kryoelektronmikroskopi, kombineret med molekylærbiologi og biokemiske teknikker, til at studere, hvordan Raf1 interagerer med Rubisco underenheder for at fremme samlingen af Rubisco, og hvordan carboxysomdannelsen påvirkes, når celler ikke producerer Raf1.

Forskerne beviste, at Raf1 er afgørende for at bygge Rubisco-komplekset. Uden Raf1 er Rubisco-komplekserne mindre effektivt samlet og kan ikke pakkes tæt inde i carboxysomerne. Dette kan i høj grad påvirke konstruktionen af carboxysomer og dermed væksten af cyanobakterielle celler.

"Dette er første gang, at vi har bestemt funktionen af Rubisco-monteringschaperoner i biosyntesen af carboxysomer i cyanobakterieceller," sagde Dr. Fang Huang, en Leverhulme Trust Early Career Fellow, og den første forfatter på dette papir. "Vi er meget begejstrede for dette fund. Det gav os også mulighed for at foreslå en ny arbejdsmodel for carboxysombiogenese, som lærer os i detaljer, hvordan Rubisco-komplekser genereres, hvordan Raf1 driver Rubisco-pakning, og hvordan hele carboxysomstrukturen er opbygget."

I øjeblikket er der en enorm interesse i at overføre carboxysomer til afgrødeplanter for at forbedre afgrødeudbyttet og fødevareproduktionen. Denne undersøgelse kan give vigtige oplysninger, der kræves for at producere intakte og funktionelle carbonfikseringsmaskiner.