Ученые из Массачусетского технологического института (США) впервые смогли значительно повысить эффективность фермента рубиско — ключевого участника фотосинтеза у растений. Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Рубиско запускает превращение углекислого газа в органические молекулы — основу тканей и источников энергии растений. Несмотря на свою важность, этот фермент работает медленно и часто ошибается, вступая в реакцию не с углекислым газом, а с кислородом. Это снижает общую эффективность фотосинтеза и приводит к потере до 30% энергии, поглощаемой из солнечного света.
Используя технологию непрерывной направленной эволюции, исследователи вывели усовершенствованную версию рубиско, эффективность которой выросла на 25%. Новый фермент получен с помощью метода MutaT7 — он позволяет проводить мутагенез и отбор прямо в живых клетках, ускоряя процесс. В результате удалось получить рубиско, устойчивый к кислороду и реже совершающий «ошибки» в реакции.
В качестве исходного материала использовали рубиско бактерий семейства Gallionellaceae — одного из самых быстрых естественных вариантов фермента. Шесть циклов направленной эволюции в условиях с высоким содержанием кислорода позволили выявить три ключевые мутации вблизи активного центра фермента. Эти изменения усилили его «предпочтение» к углекислому газу и снизили нежелательные реакции с кислородом.
На следующем этапе ученые внедрят улучшенный рубиско в растения. Если технология окажется эффективной, это может существенно ускорить фотосинтез, повысить урожайность сельскохозяйственных культур и снизить потери энергии. Такое биоинженерное решение может сыграть важную роль в продовольственной безопасности и адаптации сельского хозяйства к изменениям климата.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что специальный белок помогает растениям переживать засуху.