Американские ученые получили штамм дрожжей, которые способны извлекать энергию из света. Для этого в геном дрожжей исследователи встроили всего один ген, кодирующий белок родопсин. Такие дрожжи могут использоваться для исследования старения и эволюции организмов, а также для улучшения производительности при выработке биотоплива. Исследование опубликовано в журнале Current Biology.
Фототрофы — это организмы, которые могут извлекать энергию из света. Наиболее очевидный пример — фотосинтезирующие организмы, такие как растения и цианобактерии. Они не просто извлекают энергию из света, но и самостоятельно вырабатывают органические вещества из углекислого газа. Однако необязательно фотосинтезировать, чтобы быть фототрофом. Некоторые микроорганизмы, такие как зеленые и пурпурные несерные бактерии, тоже извлекают энергию из света, при этом питаясь уже готовыми органическими веществами из внешней среды.
Видео дня
Биологи начали новое исследование на дрожжах, опираясь на предыдущую работу, в которой им удалось смоделировать эволюцию многоклеточных организмов. В ней одноклеточные дрожжи смогли образовать многоклеточный аналог ткани за три тысячи поколений. Главным ограничением в такой эволюции стала добыча энергии: клетки, находящиеся глубже в ткани, имели меньше доступа к кислороду. Тогда ученые задались вопросом, можно ли «научить» клетки добывать энергию другим способом, используя, например, не кислород, а свет. Им казалось, что с точки зрения эволюции «научить» дрожжи этому должно было сложно. Так, растениям для фотосинтеза нужна обширная молекулярная машинерия, которая включает в себя много белков.
В новой работе ученые перенесли в геном дрожжей ген белка родопсина. Родопсин есть в клетках сетчатки, где белок обеспечивает цветное зрение, а похожий на него бактериородопсин используется бактериями для получения энергии из света. Использованный учеными родопсин встраивался в вакуоли дрожжей — одномембранные органеллы клеток, заполненные клеточным соком. В результате фототрофные дрожжи росли примерно на 2% быстрее при освещении, что является огромным преимуществом с точки зрения эволюции.
Новый штамм дрожжей имеет несколько потенциальных применений. Например, с его помощью можно изучать горизонтальный перенос генов — процесс, при котором гены переносятся не от родителей потомкам, а между различными особями, иногда принадлежащими к разным видам. Особенно часто горизонтальный перенос генов встречается у бактерий, которые передают друг другу с помощью этого процесса устойчивость к антибиотикам и не только. Фототрофные дрожжи же помогут объяснить, как в процессе эволюции родопсин и похожие на него белки распространились среди совершенно непохожих друг на друга организмов.
Кроме того, такие дрожжи могут помочь лучше понять процесс клеточного старения, на который могут влиять вакуоли. Исследователи планируют изучить, влияет ли родопсин в вакуолях на старение клеток дрожжей. Наконец, фототрофные дрожжи могут помочь сделать процесс производства биотоплива более эффективным.
