Ученые Университета Беркли и Института Вейцмана разработали мутантную версию белка Рубиско, которая усваивает СО2 точнее, чем природные аналоги.
Исследователи по всему миру работают над новыми технологиями для улавливания углерода из атмосферы, но многие подходы не достигают одного ключевого показателя: они не масштабируются. Природа "разработала" собственное решение этой проблемы: растения, водоросли и фотосинтетические бактерии являются лучшими в мире инструментами для удаления CO2 из атмосферы.
Большая часть этой работы выполняется одним ферментом: Рубиско, самым распространенным ферментом на Земле, ответственным за улавливание 100 гигатонн углерода каждый год.
Но природный Рубиско далек от совершенства: он довольно медленный и не всегда точный, – он делает ошибки, случайно реагируя с кислородом вместо CO2. В природных системах существует своего рода компромисс: мутантные варианты Рубиско, которые делают меньше ошибок, – медленнее, а более быстрые – чаще ошибаются.
В работе опубликованной в журнале Nature, команда из Университета Беркли и Института Вейцмана получила целый набор мутантных молекул Рубиско, большинство из которых в природе не встречаются.
"Разработка Рубиско будет иметь огромное значение, поскольку мы сможем улучшить способность растений усваивать CO2 и, в частности, адаптироваться к будущим атмосферным условиям", – говорит соавтор работы Дэйв Сэвидж.
Команда анализировала, как различные мутации Рубиско влияют на скорость фермента и его точность, то есть способность улавливать CO2. Мутантные белки получали и анализировали в Институте Вейцмана. Ученые спроектировали штамм бактерии кишечной палочки (E. coli), зависящий от Рубиско. В природе E. coli вообще не использует Рубиско, но сконструированный штамм не может без него выжить. Команда добилась интенсивного роста бактерий, кодирующих Рубиско.
Ученые получили более 9000 вариаций белка и выбрали оптимальные. Один мутантный белок удвоил точность фиксации CO2 по сравнению с природными версиями, а другой даже утроил. Но как и в природе, эти белки оказались довольно медленными. Ученые надеются выйти за пределы природного "компромисса".
"Мы добились таких больших изменений всего одной мутацией, но важно помнить, что это только начало, – говорит Сэвидж. – Объединив больше данных и машинное обучение, мы надеемся разработать улучшенные версии белка и в конце-концов получить и быстрый, и точный вариант". |
