Forscher haben den Mechanismus pflanzlicher Proteine ​​in Bakterien eingebaut, um 50 Jahre Arbeit voranzutreiben

RIPE, oder Realizing Erhöhte Photosynthetische Effizienz, unter der Leitung der University of Illinois Urbana-Champaign, zielt darauf ab, Nutzpflanzen produktiver zu machen, indem die Photosynthese verbessert wird, der natürliche Prozess, den alle Pflanzen nutzen, um Sonnenlicht in Energie und Erträge umzuwandeln. RIPE wird von der Bill & Melinda Gates Foundation, der Foundation for Food & Agriculture Research und dem UK Foreign, Commonwealth & Development Office unterstützt.

Diese Arbeit wurde mit dem Ziel durchgeführt, Rubisco zu verstehen und zu verbessern, das Protein in pflanzlichen Chloroplasten, das während des Prozesses der Photosynthese die Fixierung von atmosphärischem Kohlendioxid in Zucker initiiert. Im Gegensatz zu vielen anderen Proteinen in der Photosynthese ist Rubisco langsam und benötigt eine Reihe von „Chaperonen“, um richtig zu funktionieren. Die Forschung der letzten Jahrzehnte hat die meisten, möglicherweise sogar alle dieser Partner identifiziert. Dies bietet Wissenschaftlern neue Möglichkeiten, pflanzliches Rubisco in Escherichia coli, allgemein bekannt als E. coli, zu untersuchen und zu beschleunigen – ein Bakterium, das in der Umwelt, in Lebensmitteln und im menschlichen Darm vorkommt – und ein Wirt, der in der Wissenschaft häufig für schnellere Untersuchungen eingesetzt wird Proteine.

In einem neuen Artikel veröffentlicht in der Zeitschrift für experimentelle Botanik, demonstrierte das ANU-Team den Nutzen eines robusten, genetisch modularen E. coli-Expressionstools. Die Arbeit baut auf einem vergleichbaren Ausdruckstool auf, das im Manajit Hayer-Hartl-Labor entwickelt wurde, um ein neues System bereitzustellen, das besser zur Verbesserung der Rubisco-Effizienz geeignet ist.

„Die Zusammenstellung dieser neuen bakteriellen Bioengineering-Strategie und der Vergleich ihrer Effizienz im Vergleich zu natürlichen Chloroplasten war eine langfristige Herausforderung“, sagte Whitney, Professorin an der Research School of Biology der ANU. „Zum Glück ermöglicht uns diese neue Technologie jetzt einen beispiellosen experimentellen Durchsatz mit Ergebnissen, die innerhalb von Tagen vorliegen, statt der Monate, die unser langsamer und kostspieliger herkömmlicher Testansatz mit pflanzlichen Transgenen dauern würde.“

Während dieses neue biotechnologische E. coli-Rubisco-System zusätzliche Designanpassungen benötigt, um seine Kompatibilität mit verschiedenen Nutzpflanzen anzupassen, ist Whitney zuversichtlich, dass ihre Forschung einen entscheidenden Wendepunkt für die Optimierung der Rubisco-Aktivität darstellt.

„Wir können jetzt das Proteinoptimierungstool von Directed Evolution anwenden, ein Tool, das wir bereits zur Beschleunigung des CO eingesetzt haben.“₂-Fixierungsraten in einer Reihe verschiedener nicht-pflanzlicher Formen, um Rubisco zu pflanzen“, sagte Whitney. „Sobald wir das geschafft haben, können wir durch Genbearbeitung die gewünschten Änderungen einführen, um Rubisco in Nutzpflanzen zu beschleunigen.“ Dann werden wir die Vorteile der Photosyntheseleistung und die Auswirkungen auf Pflanzenwachstum und Ertrag sehen.“