Израильские биологи взяли под контроль фотосинтез: новый шаг в борьбе с CO2

Они разработали мутантные версии белка Рубиско, которые демонстрируют более высокую точность в улавливании CO2, чем его природные аналоги.

Об этом идет речь в статье, опубликованной в журнале Nature.

Во всем мире ведутся исследования, направленные на разработку эффективных технологий по удалению углерода из атмосферы. Однако большинство существующих методов сталкиваются с проблемой масштабируемости.

Природные механизмы, такие как фотосинтез растений, водорослей и бактерий, остаются наиболее эффективными инструментами для поглощения CO2, фиксируя около 100 гигатонн углерода ежегодно. Центральную роль в этом процессе играет фермент Рубиско, самый распространенный белок на планете.

Несмотря на свою важность, природный Рубиско не лишен недостатков – он медленный и склонен к ошибкам, иногда взаимодействуя с кислородом вместо углекислого газа. В природе существует компромисс: более точные версии Рубиско работают медленнее, а более быстрые совершают больше ошибок.

Команда ученых представила целый набор мутантных вариантов Рубиско, многие из которых не встречаются в природе. Как объясняет один из авторов исследования, Дэйв Сэвидж, модификация этого фермента может значительно повысить способность растений поглощать CO2, что особенно важно в условиях меняющегося климата.

Команда исследовала влияние различных мутаций на скорость и точность фермента. В Институте Вейцмана были синтезированы и проанализированы мутантные белки, а в лаборатории Университета Беркли ученые создали штамм кишечной палочки (E. coli), зависящий от Рубиско. В природе эта бактерия не использует данный фермент, но искусственно созданный вариант не мог выжить без него, что позволило исследователям отслеживать эффективность различных мутаций.

В результате экспериментов было получено более 9000 вариантов белка, среди которых отобраны наиболее перспективные. Один из мутантных белков удвоил точность фиксации CO2 по сравнению с природными аналогами, а другой продемонстрировал трехкратное улучшение. Однако, как и в естественных системах, эти варианты оставались сравнительно медленными. Ученые надеются преодолеть этот природный компромисс.

"Мы увидели значительные улучшения всего от одной мутации, но это только начало. Используя расширенные наборы данных и машинное обучение, мы рассчитываем создать версию белка, которая будет не только точной, но и быстрой ", – отмечает Сэвидж.

Исследователи уверены, что дальнейшие усовершенствования Рубиско могут открыть новые перспективы в борьбе с изменением климата.

Ранее "Курсор" сообщал, что исследование ученых продемонстрировалоопасность популярных порошков.