В новом исследовании, опубликованном в Журнале Биологической Химии, исследователи сообщают о новой стратегии показа, которая позволила им определить, впервые, намного более эффективную форму фермента Rubisco, который катализирует первый шаг фиксации углекислого газа по пути к созданию биомассы завода в фотосинтезе.«Хотя самое богатое и возможно самый важный фермент на нашем заводе, Rubisco мог не быть самым прекрасным моментом эволюции. Rubisco развился, когда кислород отсутствовал в атмосфере, и в результате это не было вынуждено учиться дифференцироваться между поддерживающими жизнь молекулами углекислого газа и кислородными молекулами, которые создают токсичный комплекс, который стоит энергии завода переработать», сказал Дон Орт, Заместитель директора Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE), которая поддержала эту работу. Орт – физиолог с Единицей Исследования Фотосинтеза USDA/ARS и профессор Роберта Эмерсона Наук Биологии и Урожая Завода в Институте Карла Р. Уоезе Геномной Биологии в Университете Иллинойса.
«Мы показали, что можем повысить эффективность Рубиско, ее способность дифференцировать углекислый газ от кислорода – это – реальный гул», сказал ведущий автор Спенсер Уитни, адъюнкт-профессор в Австралийском национальном университете. «Наш Rubisco быстрее и имеет более высокое влечение к углекислому газу. В прошлом это определение заняло приблизительно две недели, но наша новая система показа сократила то время больше, чем в половине».Используя направленную эволюцию, часто описываемую как эволюция в пробирке, команда проверила 250 000 мутантов Рубискоса от cyanobacteria в E. coli бактерии, спроектированные, таким образом, их выживание зависит от эффективности фермента. «Нахождение ответов о том, как улучшить Rubisco, похоже на поиск иголки в стоге сена», сказал Уитни. «Красота этой системы состоит в том, что она позволяет нам избавляться от всех тех частей сена».
Восемнадцать мутантов Rubisco пережили экран, одиннадцать из которых, как находили, были намного более эффективными при фиксации углекислого газа. Они нашли, что эти мутации локализованы к определенному, ранее неизведанной области cyanobacterial Rubisco.
Теперь они надеются сделать подобные изменения, чтобы улучшить Rubisco в зерновых культурах и увеличить их рост и урожай.