Odkrycie nowego potencjału biosyntetycznego sinicCzas czytania: 3 min

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