Odkrycie nowego potencjału biosyntetycznego sinic

Przemysław Maksymowicz

Odkrycie nowego potencjału biosyntetycznego sinic

Niemal każdy, kto spędzał wakacje nad morzem lub nad jeziorem, mógł zaobserwować nadmierne nagromadzenia sinic. Organizmy te są nazywane również cyjanobakteriami, a niektóre z gatunków mogą stanowić zagrożenie dla kąpiących się ludzi, gdyż produkowane przez nie toksyny doprowadzają do zatrucia. Ponieważ przeprowadzają fotosyntezę i są organizmami autotroficznymi, mogą samodzielnie wytwarzać pożywienie w postaci węglowodanów, a także dostarczać nawozów azotowych do niektórych upraw. To niezwykle małe organizmy jednokomórkowe, ale kiedy występują w większych skupiskach, ich kolonie możemy zaobserwować gołym okiem. Są też określane zwyczajowo jako niebiesko-zielone glony, chociaż tak naprawdę zaliczają się do jednokomórkowych protistów, a ich szlaki metaboliczne pozwalają na biosyntezę wielu związków, co jest wykorzystywane w farmaceutyce oraz przemyśle spożywczym.

W ostatnim czasie grupa naukowców z Karlsruher Institut für Technologie odkryła, że sinice z gatunku Phormidium lacuna mogą ulegać genetycznej modyfikacji poprzez naturalną transformację DNA, a po takiej modyfikacji są również zdolne wytwarzać określone surowce organiczne. Profesor Tilman Lamparter z Instytutu Botanicznego w KIT tłumaczy, że taka transformacja polega na pobieraniu materiału genetycznego przez modyfikowaną komórkę, co dzieje się bez dodatkowej pomocy. Komórka dokonująca transformacji nie potrzebuje łączyć się z inną komórką w procesie koniugacji, a także nie dochodzi do elektroperforacji powodującej przepuszczalność ściany komórkowej. Aby taka transformacja doszła do skutku, komórki bakteryjne muszą znajdować się w fizjologicznym stanie tzw. kompetencji. Jest to związane z aktywnym transportem DNA do wnętrza komórki dokonującej takiej asymilacji. Już od jakiegoś czasu naukowcy zdają sobie sprawę z tego niesamowitego zjawiska, jakie ma miejsce u cyjanobakterii, na czym więc może polegać wyjątkowość nowego odkrycia?

Phormidium lacuna to pierwszy nieheterocystyczny gatunek wielokomórkowy, u którego wykryto taką zdolność, uznawaną dotychczas za sporadycznie występującą u sinic. Wielokomórkowe sinice pozyskujące energię ze światła słonecznego potrafią tworzyć biofilm, ponieważ rosną w dużym zagęszczeniu, dając się jednak odseparować. Badacze z KIT pozyskali kilka szczepów z Morza Północnego i Morza Śródziemnego oraz zsekwencjonowali genom jednego z nich, a dodatkowo wykorzystali naturalną transformację i zintegrowali nową informację genetyczną z genomem tej nitkowatej sinicy. Opracowana technika otwiera nowe horyzonty do dalszych badań teoretycznych, tj. wyznaczania szlaków syntezy oraz wdrożenia nowego gatunku do wykorzystania w znanych procesach technologicznych np. przeprowadzanych w bioreaktorach. Jak podaje profesor Lamparter: „Przy pomocy naturalnej transformacji stworzyliśmy już wiele tak zwanych muntantów przekształconych za pomocą nokautu genowego, czyli udało nam się wyłączyć pewne geny i tym samym zidentyfikować ich funkcję. […] Naszą wizją jest wykorzystanie tej technologii do zastąpienia zasobów kopalnych”. Odkrycie daje nowe perspektywy m.in. na przemysłowe zastosowanie sinic w syntezie etanolu, wodoru lub mleczanu oraz zastąpienie gospodarki paliwowej przez gospodarkę opartą na bardziej zrównoważonych zasobach. Cyjanobakterie są uważane za wytwórców proterozoicznych złóż ropy czy też archaejskiej atmosfery tlenowej ziemi, a pomimo że niektórzy najstarsze skamieliny sinic datują na około 3,5 mld lat, to jednak organizmy te wciąż żyją oraz potrafią nas zaskakiwać1.

 

Przemysław Maksymowicz

 

Źródło zdjęcia: USGS

Ostatnia aktualizacja strony: 16.09.2020

Przypisy

  1. Por. F. Nies et al., Natural Transformation of the Filamentous Cyanobacterium Phormidium Lacuna, „PLOS ONE” 2020, Vol. 15, No. 6, s. e0234440 [dostęp 06 IX 2020]; F. Nies et al., Characterization of Phormidium Lacuna Strains From the North Sea and the Mediterranean Sea for Biotechnological Applications, „Process Biochemistry” 2017, Vol. 59, Part B, s. 194–206.

Dodaj komentarz



Najnowsze wpisy

Najczęściej oglądane wpisy

Wybrane tagi