Беспрецедентный анализ изображений цианобактерий позволил получить новые сведения об их структуре и организации, что может помочь синтетически воспроизвести фотосинтез. Это может иметь ряд биотехнологических применений, в том числе в растениеводстве и биоэнергетике.

Цианобактерии - это большая группа одноклеточных организмов, которые похожи на бактерии, но обладают способностью осуществлять фотосинтез - использовать углерод и солнечный свет для получения кислорода и сахаров, необходимых для поддержания жизни организма. Это достигается благодаря содержащейся в клетке структуре, называемой карбоксисомами, которые собирают и организуют все молекулы, необходимые для запуска процесса фотосинтеза.

Однако внутренняя структура и организация карбоксисом изучены плохо. Поскольку эта структура невероятно мала, визуализировать и понять ее было невозможно до последних технологических достижений в области микроскопов.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Structure, аспирантка Саша Эванс из лаборатории Бержерона описывает анализ структуры карбоксисом с помощью электронных микроскопов. Тысячи изображений карбоксисом, полученных с помощью микроскопа, были первоначально собраны в национальном ЭМ-центре eBIC в Оксфорде в рамках сотрудничества с Ливерпульским университетом. Данные были собраны и проанализированы Сашей Эванс во время пандемии в качестве альтернативного проекта ее лабораторной работе, которая была приостановлена из-за ограничений, связанных с изоляцией.

"Эта публикация - настоящее свидетельство настойчивости Саши, аспирантки лаборатории, в стремлении извлечь максимум пользы из ограничений COVID и научиться обрабатывать данные крио-ЭМ. Ее упорство превратило набор изображений, о которых мы уже почти забыли, в важнейший вклад в наше понимание фотосинтеза и возможности его использования в биотехнологических целях", - говорит доктор Жюльен Бержерон.

Полученные результаты смогли обеспечить беспрецедентный уровень детализации внутренней структуры карбоксисомы, что позволило авторам предложить модели, описывающие расположение ферментов и структуру ее оболочки. Наряду с выявлением новых структурных особенностей, это позволило получить новые сведения о том, как карбоксисомы формируются в клетках.

Эти знания являются ключевыми для разработки синтетических структур карбоксисом, которые могли бы повторить процесс фотосинтеза. Разработка и перепрофилирование карбоксисом в промышленных масштабах представляет собой предмет значительного интереса в биотехнологии с рядом применений в растениеводстве, производстве биоэнергии, улучшении метаболизма и общей терапии.

Сейчас профессор Жюльен Бержерон надеется использовать более совершенные камеры, способные собирать миллионы изображений на образец, а не десятки тысяч, на которые способны микроскопы, использованные для данной работы. Такое оборудование обеспечит еще больший уровень структурной детализации, что может помочь исследователям понять другие аспекты карбоксисомы, такие как ее динамические свойства (ее реакции в постоянно меняющейся среде) или вариации размеров.