Біологи створили гриби, здатні використовувати енергію світла

23.04.2023, 20:28 interesno.net.ua

Рослини та інші організми, здатні до фотосинтезу — тобто створення органічних молекул за рахунок енергії світла, мають величезне значення для всього живого. Їх роль в біосфері називають космічної, адже вони перетворять сонячне світло в енергію хімічних зв'язків в молекулах вуглеводів та інших речовин. А тими, в свою чергу, годуються всі інші жителі біосфери, так звані гетеротрофи — тварини, більшість мікробів і гриби. Як і коли виник фотосинтез, що став фундаментом глобальної екосистеми Землі, поки не цілком зрозуміло. Реконструювати давню подію вирішили автори нового дослідження — для цього вони звернулися до можливостей біоінженерії. Вчені використовували надзвичайно прості клітини — одноклітинні грибки, пекарські дріжджі (Saccharomyces cerevisiae), які широко використовуються для виробництва хліба та алкоголю. Це самі що ні на є гетеротрофні організми («. харчуються за рахунок інших»), у яких навряд чи колись були фотосинтезуючі предки. Далі вчені запозичили ген родопсину — пурпурного пігменту, компонента найпростіших фотосинтетичних систем бактерій — в іншого грибка, Ustilago maydis. Це паразит рослин, який вражає кукурудзу і викликає у неї так звану кукурудзяну (головчасту) сажку. Через викликану U. maydis інфекції на всіх надземних органах рослини утворюються патологічні розростання (галли). Отримані трансгенні дріжджі мають пурпурову забарвлення, яку надав їм родопсин. Авторам довелося чимало потрудитися, щоб його молекули виявилися саме в вакуолях — мембранних мішечках всередині клітин, а не в якихось інших частинах клітин. Справа в тому, що вміст вакуолей має кислу реакцію, тобто багате протонами (іонами водню). Щоб закислити внутрішні області вакуолей, на їх мембранах працюють особливі іонні насоси — протонні помпи, АТФази. Низькі значення рН, які вони створюють у таких вакуолях, необхідні для ефективної переробки непотрібних білків. Працюючі для цього АТФази витрачають універсальну енергетичну валюту клітини — АТФ. Задум вчених полягав у тому, щоб потрапив в мембрану родопсин частково взяв на себе роботу АТФаз з перекачування протонів, використовуючи для цього енергію зеленого світла, який він активно поглинає. Цю функцію родопсин виконує в складі фотосистем деяких бактерій. Тим самим пігмент допоміг дріжджам «заощадити» молекули АТФ, які вони змогли витратити на інші свої потреби. В результаті на світлі модифіковані клітини дріжджів стали рости швидше, а їх загальний рівень пристосованості до середовища, за оцінками біологів, збільшився на два відсотки. При цьому ніяких порушень в структурі клітин не помічено, а в темряві ГМО-дріжджі вели себе так, як і належить самим звичайним грибків. Навряд чи такі дріжджі можна назвати фотосинтетиками в повному розумінні цього слова, проте в якійсь мірі вони дійсно стали факультативними аутотрофами, тобто можуть використовувати світло для потреб свого метаболізму. Автори вважають, що створені ними клітини відтворюють ранні етапи еволюції фотосинтезу на Землі, хоча деякі їхні колеги не згодні з цим і називають таку конструкцію штучної. Нова робота представляє безсумнівний інтерес і може бути корисна для біотехнології, в тому числі при створенні систем штучного фотосинтезу