Neue Einblicke in das Quellen-Senken-Gleichgewicht von Cyanobakterien

Eine neue Studie des DOE Plant Research Laboratory (PRL) der Michigan State University bringt neue Einblicke in das Quellen-Senken-Gleichgewicht von Cyanobakterien und ebnet den Weg für weitere Fortschritte bei photosynthetischen Mikroben für potenzielle Anwendungen.

Die Forschung, die im Labor des MSU-Biochemikers Danny Ducat durchgeführt wurde, wurde kürzlich in veröffentlicht Pflanzenphysiologie.

In der Photosynthese bezieht sich Quelle/Senke-Balance darauf, wie der Organismus das absorbierte Licht (Quelle) mit seiner Fähigkeit, diese Energie zu nutzen (Senke), ausgleicht. Dieses Gleichgewicht ist bei Pflanzen gut untersucht, aber die Forschung darüber bei photosynthetischen Mikroben ist noch unterentwickelt. Diese Studie wirft ein neues Licht auf die Quelle/Senke-Regulation in Cyanobakterien.

„Wir haben diese Studie mit einer großen Frage begonnen: Wie balancieren photosynthetische Mikroben Quelle/Senke aus?“ sagte Amit K. Singh, Postdoc im Ducat-Labor und Hauptautor der Studie. „Als Stoffwechselingenieure ist es noch wichtiger, den Regulierungsprozess zu kennen, der an Ausgleichsmechanismen beteiligt ist. Wenn wir beispielsweise Wege zur Herstellung von Biokraftstoffen oder anderen Bioprodukten einführen, glauben wir, dass dieser neue Energiebedarf Quelle/Senke aus dem Gleichgewicht bringen kann Daher werden uns die Ergebnisse dieser Studie bei der Feinabstimmung des Zellstoffwechsels in Richtung einer verbesserten Produktion biobasierter Materialien helfen.“

Unter Verwendung eines genetisch veränderten Cyanobakteriums, das im Ducat-Labor entwickelt wurde, testeten die Forscher die Auswirkungen des Zu- und Abflusses von Saccharose (Zucker) auf die Physiologie und Biochemie des Cyanobakteriums.

„Eine Sache, die uns besonders überrascht hat, ist das Ausmaß, in dem die Rubisco-Aktivität eine dominante Komponente war, die sich aufgrund der von uns induzierten Veränderungen in der Zuckerverfügbarkeit verändert hat“, sagte Ducat, außerordentlicher Professor am PRL und der Abteilung für Biochemie und Molekularbiologie und Co-Autor der Studie. „Statt einer eher systemischen Veränderung des Expressionsniveaus vieler Proteine ​​scheint Rubisco der zentrale Dreh- und Angelpunkt dieser Reaktion zu sein.“

Mit einem besseren Verständnis darüber, wie Cyanobakterien die Photosynthese regulieren, können diese Organismen gentechnisch verändert werden, um sie besser zu machen. Dies ist wichtig, um Cyanobakterien als Grundlage für die Entwicklung umweltfreundlicher Biomaterialien zu nutzen.

„Ein tieferes Verständnis der Mechanismen, die das Quellen-Senken-Gleichgewicht in Cyanobakterien regulieren, wird angesichts des Potenzials von Cyanobakterien als ‚kohlenstoffneutrale‘ Produktionsplattform zur Bekämpfung des anthropogenen Klimawandels wahrscheinlich biotechnologische Auswirkungen haben“, sagte Amit.

In zukünftigen Studien über das Quellen-Senken-Gleichgewicht in Cyanobakterien gibt es noch viel zu lernen.

„Es ist merkwürdig, dass wir in Cyanobakterien ähnliche Outputs finden, die durch Source/Sink-Signale reguliert werden wie in Pflanzen, aber die zentralen Gene, die in Pflanzen benötigt werden, sind in Cyanobakterien nicht zu finden“, sagte Ducat. „Dies erhöht die Möglichkeit, dass diese Signalwege trotz fehlender evolutionärer Erhaltung der Schlüsselakteure funktionell konserviert sind.“