2 godzin temu
Australijscy naukowcy osiągnęli przełom w biotechnologii rolniczej, tworząc syntetyczne komory w nanoskali, które mogą znacząco zwiększyć fotosyntezę uprawa, potencjalnie podnosząc plony choćby o 60 proc., jednocześnie zmniejszając zapotrzebowanie na wodę i nawozy. Badania oferują obiecujące nowe podejście do rozwiązywania globalnych wyzwań związanych z bezpieczeństwem żywnościowym poprzez zwiększoną fiksację węgla.
Przełom koncentruje się na poprawie wydajności Rubisco, enzymu odpowiedzialnego za wiązanie węgla w fotosyntezie, który od dawna jest uznawany za najważniejsze biologiczne ograniczenie rolnictwa. Pomimo tego, iż jest niezbędny do przekształcania atmosferycznego dwutlenku węgla w energię roślinną, Rubisco jest notorycznie nieefektywny, często reagując z tlenem zamiast z CO₂ w bezproduktywnym procesie, który zmusza rośliny uprawne do masowej produkcji tego enzymu. „Ten błąd jest tak powszechny, iż ważne rośliny uprawne, takie jak pszenica, ryż, rzepak i ziemniaki, wykształciły rozwiązanie siłowe: masową produkcję Rubisco”, mówi dr Taylor Szyszka, główny badacz z ARC Centre of Excellence in Synthetic Biology na Uniwersytecie w Sydney
Zespół badawczy, kierowany przez profesora nadzwyczajnego Yu Heng Lau z Uniwersytetu w Sydney i profesora Spencera Whitneya z Australijskiego Uniwersytetu Narodowego, spędził pięć lat na opracowywaniu nanoskalowych „biur”, które mieszczą enzymy Rubisco w zamkniętych przestrzeniach, umożliwiając naukowcom optymalizację kompatybilności dla przyszłych zastosowań rolniczych. Zamiast próbować replikować złożone karboksysomy występujące w algach i sinicach, naukowcy przyjęli inne podejście, wykorzystując enkapsuliny – proste bakteryjne klatki białkowe, których zbudowanie wymaga tylko jednego genu. Można je sobie wyobrazić jako molekularne klocki Lego, które automatycznie się łączą, zapewniając dostosowywalny szkielet mogący pomieścić różne typy enzymów Rubisco.
„Inną zaletą naszego systemu jest to, iż jest modułowy. Karboksysomy mogą pakować tylko własne Rubisco, podczas gdy nasz system enkapsuliny może pakować dowolny typ” – wyjaśniła dr Szyszka. Podejście oparte na enkapsulinie reprezentuje potencjalnie bardziej fundamentalne usprawnienie samego procesu wiązania węgla. W przypadku powodzenia w próbach polowych, uprawy wyposażone w te nanokompartmenty mogłyby przynosić wyższe plony przy wykorzystaniu znacznie mniejszej ilości wody i nawozu azotowego – najważniejsze korzyści w miarę jak zmiany klimatyczne intensyfikują wyzwania rolnicze na całym świecie. Modułowa natura systemu sugeruje również, iż może być dostosowany do wielu gatunków upraw, potencjalnie transformując globalne systemy produkcji żywności.
/Fot: Getty Images for Unsplash+//
.webp)
