Az óceáni baktériumok szénátalakítását vizsgálták

Csökkentsünk, használjunk újra, és hasznosítsunk. Ezt a mantrát ma már nagyon sokszor halljuk. Amikor a szénről van szó a természet újra felhasznál és hasznosít. A csökkentés viszont rajtunk áll

Amerikai kutatók megpróbálnak megfelelni ennek a kihívásnak úgy, hogy minél többet kiderítenek a szénciklusról, azon folyamatról, melynek során a szén az atmoszférából a növényekbe, óceánokba, talajba, a Föld kérgébe, majd vissza az atmoszférába kerül.

A ciklus egyik legnagyobb mozgatórugói az egyszerű cianobaktériumok, ezek az óceánlakó, egysejtű organizmusok. Pamela Silver rendszerbiológus és csapata vizsgálatuk során részleteket fedett fel arról, ezek a baktériumok miként rögzítik, vagy emésztik meg a karbont.

Ezek az élőlények miniatűr gyárakat építenek saját magukban, melyek a szenet „üzemanyaggá” alakítják. Silver és csapata szerint a baktériumok ezeket a „gyárakat” térbelileg szervezik meg, mely olyan strukturális kifinomultságot fed fel, amelyet egysejtű organizmusokban nem gyakran látnak. Ez a szabályos és megjósolható kiosztás javítja a szénfeldolgozás hatékonyságát. A jövőben ezen térbeli szerveződést irányító mechanizmusok megismerése segíthet olyan baktériumok hatékonyságának növelésében, amelyeket úgy terveztek, hogy szénsemleges üzemanyagokat – mint biodízelt vagy hidrogént – állítsanak elő.      Az eredmények a Science tudományos folyóiratban jelentek meg.

A pálcika alakú cianobaktériumok a Föld legelterjedtebb élőlényei között vannak. A szénciklusban lévő szén negyven százaléka ezen apró élőlényeken keresztül használódik fel és hasznosítódik újra. A szén feldolgozásához a cianobaktériumok focilabda alakú struktúrákat fejlesztenek magukban, ezeket nevezik karboxiszómának. Ezek az apró gyárak elnyelik a szén-dioxidot és cukorrá alakítják, melyet a baktérium energia előállítására használ.

"Az óceán tele van ezekkel az élőlényekkel. Ha őket tanulmányozzuk, többet tudunk meg arról, hogyan is működik a Föld” – mondja Silver. „Nagyon sok minden rejlik az óceánban, mely nagyon hasznos lehet számunkra”. A kutatócsapat, melyet a szerzők, és társaik, David Savage, valamint Bruno Afonso vezetett, fluoreszkáló címkét rögzített olyan proteinekhez, melyek részt vesznek a karboxiszómák építésében, majd mikroszkóp alatt tenyésztette a megjelölt baktériumokat.  

A képek felfedték, hogy a rendszertelen mennyiség, és véletlenszerűen elhelyezés helyett, a cianobaktériumok a karboxiszómákat olyan arányban állítják elő, mely megfelel méretüknek, és a „gyárakat” egyenletesen helyezik el testhosszuk mentén. Egyetlen protein, a parA szolgál a baktériumon belül egyfajta „porondmesterként”, a karboxiszómákat arányos libasorba helyezi – mutatták ki. Amikor kikapcsolták a baktériumok képességét ezen protein előállítására, a karboxiszómák sokkal véletlenszerűbben oszlottak meg testükben.  

Emellett a parA proteint nélkülöző cianobaktériumok kevésbé voltak „fittek” a túlélésre. Míg a természetes közegükben élő baktériumsejtek a karboxiszómák konzisztens számával rendelkeznek, mely optimalizálja a szénfeldolgozást és az állóképességet, addig a megzavart baktériumok olyan „leánysejteket” hoztak létre, melyekben a karboxiszómák száma a nullától a túl sokig terjedt. A néhány vagy egyetlen ilyen gyárral sem rendelkező leánysejtek lassabban osztódnak, és ötven százalékkal kevesebb szenet dolgoznak fel, mint azok, amelyek a spektrum másik végén állnak. A kutatók még nem azonosították azt a pontos folyamatot, melynek révén a protein a térbeli elrendeződést irányítja.

Számos más baktériumnak is megvan a parA proteinje, melyről ismeretes, hogy a sejtosztódás során szétválasztja a kromoszómákat.David Rudner mikrobiológus szerint a vizsgálat megvilágítja, a baktériumok hogyan rakják össze a tartalék alkatrészeket, hogy hasonló célokat érjenek el, mint szerveződés vagy szétválasztás. Az eredmények a biológusoknak is segíthetnek a megtervezett baktériumok előállításában.  

Silver laboratóriuma jelenleg azt vizsgálja, a karboxiszómák hasznosak lehetnek-e a módosított baktériumok hidrogén előállításának optimalizálására. A hidrogént előállító baktériumok létrehozásának egyik nagy kihívása, hogy a hidrogént létrehozó enzimek igen érzékenyek az oxigénre. A karboxiszómák segíthetnek megoldani ezt a problémát, mivel külső héjuk kizárja az oxigént, így megvédi a benn lévő enzimeket annak mérgező hatásaitól.