با در نظر گرفتن محصولات مقاوم به آب و هوا، مطالعه به رفع نقص در فتوسنتز می پردازد

توسط دیوید کالاهان، موسسه سلطنتی فناوری KTH

ویرایش شده توسط لیزا لاک، بررسی توسط رابرت ایگان

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

افزایش دما و افزایش خشکسالی فصل رشد محصولات را در بسیاری از نقاط جهان کوتاه می کند. اکنون دانشمندان در سوئد پیشرفت‌های جدیدی را در زمینه مهندسی فتوسنتز کارآمدتر گزارش کرده‌اند، کاری که در نهایت می‌تواند به تلاش‌ها برای سازگاری محصولات با تغییرات آب و هوایی کمک کند.

تیمی در موسسه فناوری سلطنتی KTH حدود 15000 نسخه تغییر یافته ژنتیکی باکتری روبیسکو را ایجاد و آزمایش کردند - آنزیمی که به تبدیل دی اکسید کربن به ماده ای برای رشد کمک می کند. پل هادسون، استاد زیست‌شناسی سیستم‌ها در KTH، می‌گوید این مطالعه بر روی باکتری‌ها به جای گیاه روبیسکو متمرکز بود و نسخه‌هایی را جستجو کرد که از رشد باکتری‌ها پشتیبانی می‌کردند.

در مقاله خود که در Science Advances منتشر شد، محققان گزارش دادند که چندین نوع امیدوارکننده را یافته اند و تغییرات متعددی را شناسایی کرده اند که به نظر می رسد کارساز نبوده است.

نقش روبیسکو در باکتری‌ها و گیاهان، مهم‌ترین آنزیم حیات روی زمین است. در جایی که نور خورشید انرژی را فراهم می کند، روبیسکو دی اکسید کربن را جذب می کند و آن را در موادی که ارگانیسم می تواند برای تولید قند و رشد استفاده کند، ترکیب می کند.

با این وجود، آنزیم به طرز شگفت آوری ناکارآمد است. به کندی کار می کند و گاهی اوقات به جای CO2 اکسیژن را جذب می کند. سپس گیاهان باید انرژی را صرف بازیافت محصولات ناخواسته کنند.

در حالی که این مطالعه به جای آنزیم گیاهی بر روی یک باکتری روبیسکو متمرکز بود، پایگاه داده بزرگ آن از جهش های موفق و ناموفق نقشه احتمالی برای طراحی آنزیم های بهتر ارائه می دهد که ممکن است به محققان کمک کند مدل های کامپیوتری را در مورد نحوه واکنش روبیسکو به تغییرات ژنتیکی بهبود بخشند. دروس ممکن است در نهایت کار روی گیاه روبیسکو را راهنمایی کند، اما تولید محصولات با رشد سریعتر و مقاوم در برابر آب و هوا نیازمند آزمایش بیشتر در سلول های گیاهی و گیاهان کامل است.

این تیم با استفاده از یک پلتفرم غربالگری با توان بالای توسعه یافته، با هر نوع دارای برچسب DNA کوتاه، می‌تواند به طور همزمان کارایی هزاران گونه کاندید، از جمله سلول‌هایی با جهش‌های منفرد و ترکیبی را ردیابی کند. هادسون می گوید که روش غربالگری ممکن است با سایر آنزیم های متابولیک نیز سازگار باشد.

این تحقیق بر روی باکتری روبیسکو متمرکز شد زیرا ساختار ساده‌تر آن تولید و آزمایش آن را در مقیاس بزرگ آسان می‌کند و با انجام این کار اصول مهندسی را که می‌توان بعدا در آنزیم‌های گیاهی و سلول‌های گیاهی آزمایش کرد، شناسایی کرد.

همچنین، هادسون می گوید، برخی از فرم های باکتریایی II Rubiscos، CO2 را سریعتر از آنزیم گیاهی پردازش می کنند. اما آنها همچنین واکنش اکسیژن‌رسانی را سریع‌تر کاتالیز می‌کنند، به این معنی که انتخابی کمتری برای دی‌اکسید کربن دارند. ایده ما این بود که این روبیسکوهای سریع را بگیریم و حتی سریع‌تر کنیم، یا حداقل سرعت اکسیژن‌رسانی آن‌ها را کاهش دهیم و در عین حال نرخ کربوکسیلاسیون بالایی را حفظ کنیم.

دو نوع پیشرو کمتر با اکسیژن واکنش نشان دادند در حالی که گردش دی اکسید کربن مفید را حفظ کردند، اگرچه هر دو در بازدهی کلی دی اکسید کربن خود دارای تفاوت هایی بودند. جهش‌های مفید اغلب در صورت ترکیب شدن از کار می‌افتند.

محققان همچنین چندین مدل کامپیوتری را که برای پیش‌بینی تأثیر جهش‌ها بر روبیسکو طراحی شده بودند، ارزیابی کردند. مدل‌ها برای جهش‌های منفرد نسبت به ترکیبی از جهش‌ها قابل اعتمادتر بودند.

این نشان می دهد که اثرات جهش های روبیسکو پیچیده است و پیش بینی آن بدون حجم زیادی از داده های تجربی دشوار است.

کار بیشتر بر کاهش واکنش اکسیژن در انواع امیدوارکننده و بررسی اینکه کدام یک از بلوک های سازنده آنزیم به انتخاب دی اکسید کربن به جای اکسیژن کمک می کند، متمرکز خواهد بود. محققان همچنین در حال آزمایش آنزیم های جدیدی در سلول های گیاهی و سیانوباکتری ها هستند که مواد شیمیایی مفیدی تولید می کنند.

Ute A. Hoffmann و همکاران، چشم انداز تناسب اندام یک روبیسکو شکل II در یک باکتری فتوسنتزی، مهندسی تحمل اکسیژن را راهنمایی می کند، Science Advances (2026). DOI: 10.1126/sciadv.aee9222

ارائه شده توسط موسسه فناوری سلطنتی KTH

لیسانس تاریخ هنر، کارشناسی ارشد فرهنگ مادی. سردبیر سابق موزه، پیراپزشک و هماهنگ کننده پیوند. ویرایش برای Science X از سال 2021. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →