Cercetatorii de scoala de medicina de la Universitatea Emory au descoperit o enzima mutant, care le permite plantelor sa foloseasca si sa converteasca dioxidul de carbon mult mai repede, eliminand astfel mai multe gaze cu efect de sera din atmosfera.

In timpul fotosintezei, plantele, precum si unele bacterii, convertesc lumina solara si dioxidul de carbon in energie chimica pe care sa o poata folosi. Acest proces se bazeaza in prima sa etapa (care implica „capturarea” dioxidului de carbon in interiorul unei molecule mai mari) pe o enzima numita RuBisCo. RuBisCo este un catalizator al procesului prin care atomii dioxidului de carbon din atmosfera sunt folositi pentru a fi inclusi in molecule folositoare pentru organisme, precum sucroza.

Cu toate ca RuBisCo este una dintre cele mai abundente enzime din lume, este si una dintre cele mai putin eficiente. RuBisCo este atat de lent incat reuseste sa captureze numai cativa dioxizi de carbon pe secunda si este principala limitare a vitezei prin care plantele produc energie. Dupa cum a spus Dr. Matsumura: „Practic toata viata depinde de functionarea acestei enzime. A avut miliarde de ani la dispozite sa devina mai eficienta, insa a ramas de o mie de ori mai lenta decat cele mai multe enzime. Plantele trebuie sa produca tone numai ca sa ramana in viata.”

Ineficienta lui RuBisCo limiteaza cresterea plantelor si le diminueaza abilitatea de a folosi si a asimila dioxidul de carbon din atmosfera. Practic, dioxidul de carbon, care este un gaz cu efect de sera, se acumuleaza in atmosfera din cauza ca fotosinteza nu reuseste sa tina pasul cu cantitatile de gaz emise in atmosfera. Una dintre consecinte este incalzirea globala. O solutie este limitarea emisiilor de dioxid de carbon. Alta este sporirea eficientei fotosintezei.

Un raport din 2004 al National Science Foundation din Statele Unite a estimat ca, timp de mii de ani, concentratiile dioxidului de carbon au ramas constante si au inceput sa creasca in mod spectaculos numai de la inceputul Revolutiei Industriale in secolul 19.

Crearea unui RuBisCo mai eficient

Timp de decenii, oamenii de stiinta au incercat sa produca in mod artificial o varianta a enzimei care ar converti dioxidul de carbon mai repede. Incercarile lor au implicat schimbarea anumitor aminoacizi din interiorul RuBisCo si apoi verificarea felului in care schimbarile au afectat eficienta enzimei. Insa, datorita complexitatii structurale a moleculei (vezi imaginea de mai sus), nici una dintre aceste modificari nu a avut rezultatul dorit.

Dr. Matsumura si colegii sai au incercat o alta strategie. Ei au folosit un proces numit „evolutie directionata”, care, in linii mari, este recrearea in laborator a procesului evolutiei darwiniene, insa intr-o maniera accelerata. Ei au produs mutatii genelor responsabile de crearea emzimei RuBisCo si apoi au introdus aceste gene in bacteria E Coli.

Ideea a fost ca E Coli nu este capabila in mod normal de fotosinteza sau de conversiunea dioxidului de carbon, prin urmare nu cara in mod normal enzima RuBisCo. Echipa lui Matsumura a adauagt lui E Coli. genele responsabile de codificarea RuBisCo si a unei alte enzime, adaugandu-i astfel capacitatea de a transforma dioxidul de carbon in energie.

Pentru a pune apoi „evolutia directionata” la treaba (mai exact selectia naturala), in asa fel incat sa selecteze enzimele RuBisCo eficiente de cele ineficiente, oamenii de stiinta nu au mai dat nici un nutrient bacteriilor modificate de E Coli, in asa fel incat sa aiba nevoie de RuBisCo pentru a supravietui. In aceste conditii vitrege, unele E Coli au supravietuit si s-au inmultit, in timp ce altele nu. Cele carora le-a mers cel mai bine detineau cele mai eficiente enzime.

„Ne-am decis sa facem ceea ce face si natura, insa mult mai repede”, a spus Dr. Matsumura. „Efectiv, am folosit evolutia ca o unealta pentru a crea o proteina.”

Prin urmare, acele versiuni de E Coli care au crescut cel mai mult detineau genele mutante de RuBisCo mult mai eficient, lucru ce permitea asimilarea mult mai rapida a dioxidului de carbon. In acest fel, echipa a reusit sa creasca eficienta enzimei de cinci ori. „Suntem foarte bucurosi, pentru ca o schimbare atat de mare ar putea conduce la o crestere mult mai rapida a plantelor. Acest rezultat sugereaza si ca enzima evolueaza in laborator prin acelasi proces ca si in natura”, a adaugat Dr. Matsumura. (A.B.)

Sursa: SoftpediaNews

LĂSAȚI UN MESAJ

Please enter your comment!
Please enter your name here