Одной из стратегий повышения продовольственной безопасности является улучшение фотосинтеза и, следовательно, роста сельскохозяйственных культур.
Однако процесс фотосинтеза ограничен неэффективностью фермента Rubisco, который отвечает за фиксацию углекислого газа, но скорость его преобразования невелика. Кроме того, фермент плохо различает CO2 и O2, что еще больше снижает эффективность.
Некоторые бактерии обходят эту проблему, развивая механизмы концентрации углекислого газа. В их карбоксисомах Rubisco окружен белковой оболочкой, внутри которой находится CO2, а потому работает более эффективно.
Команда Тайю Чена из Ливерпульского университета впервые успешно перенесла эту бактериальную систему на растения. За основу была взята бактерия Halothiobacillus neapolitanus. В ней карбоксиомы отдельных компонентов кодируются девятью генами. Все их Чен и его коллеги перенесли в хлоропласты растений табака и поясняют почему:
Наши результаты показывают, что в хлоропластах растений табака карбоксисомы формируются как минимум из девяти групп структурных элементов, а также каталитически активного Rubisco.
Следовательно, в табаке компоненты собираются независимо друг от друга, образуя функциональные карбоксисомы. Структурный анализ показал, что их строение в хлоропластах напоминает естественную версию в бактериях.
Однако в обычном окружающем воздухе с содержанием CO2 около 440 ppm такие трансгенные растения расти не могли. Однако если команда увеличивала концентрацию CO2 в воздухе до 1 %, они развивались так же, как и немодифицированные контрольные растения - хотя и несколько медленнее. Исследователи предложили выход:
Чтобы растения росли в обычном, окружающем их, воздухе, необходима дальнейшая оптимизация конструкции. Но все же рост трансгенных растений при 1 % CO2 указывает на то, что каталитическая активность модифицированных карбоксисом в хлоропластах в целом может поддерживать фотосинтез в растении.
И хотя техника еще не готова к применению, эксперимент доказывает, что соответствующие модификации в принципе возможны.
