Sinice – zwane także sinicami – nazywane są „roślinami oceanu”, ponieważ przeprowadzają fotosyntezę na gigantyczną skalę, wytwarzają tlen i pobierają ze środowiska gaz cieplarniany CO2. Jednak do tego potrzebują dodatkowych składników odżywczych, takich jak azot. Zespół kierowany przez biologa prof. dr Wolfganga R. Hessa, profesora genetyki na Uniwersytecie we Fryburgu, odkrył nieznany wcześniej gen, który odgrywa kluczową rolę w koordynacji metabolizmu azotu i węglowodanów: za jego pomocą sinice pośrednio regulują gospodarkę wzrost mikroorganizmów promujących fotosyntezę. „Nasza praca pokazuje, że istnieje wiele nieznanych wcześniej współzależności nawet między najmniejszymi organizmami w środowisku i że odgrywa w tym rolę wiele nieznanych wcześniej genów” – mówi Hess. Wyniki opublikowano w czasopiśmie naukowym Nature Communications.

Sinice w kulturach o dużej gęstości. Foto: Aleksander Kraus

Równowaga pomiędzy podstawowymi składnikami odżywczymi

Ilość węgla (CO2) i azotu dostępna dla roślin, glonów i sinic nie zawsze jest taka sama. W procesie fotosyntezy ogromne znaczenie ma fizjologicznie istotna równowaga między tymi dwoma podstawowymi składnikami odżywczymi. W danych genetycznych sinic Alexander Kraus, doktorant Wolfganga R. Hessa na Uniwersytecie we Fryburgu, odkrył i scharakteryzował gen, który odgrywa kluczową rolę w tym kontekście: gen koduje białko o nazwie NirP1. Dzieje się tak tylko wtedy, gdy komórki wykryją niedobór węgla w stosunku do dostępnego azotu.

Białko samo w sobie jest zbyt małe, aby działać jak enzym, jak wiele innych białek. Współpracując z dr Philippem Spätem i profesorem dr Borisem Mačkiem z Centrum Proteomów na Uniwersytecie w Tybindze, badaczom udało się jednak odkryć, że NirP1 może trwale wiązać się z enzymem, który normalnie przekształcałby azotyn w amon. NirP1 zapobiega temu i w ten sposób zapewnia gromadzenie się azotynów w komórkach; po czym następują dalsze, masywne zmiany metaboliczne, które szczegółowo przeanalizowano we współpracy z zespołem prof. dr Martina Hagemanna z Uniwersytetu w Rostocku. Wreszcie sinice zaczynają eksportować azotyny do środowiska, gdzie dodatkowy azotyn stymuluje rozwój pożytecznych mikroorganizmów, a tym samym mikrobiomu korzystnego dla fotosyntezy sinic.

Pomysły na dalsze badania

Wyniki sugerują pomysły na ciągłe badania nad interakcjami między mikroorganizmami i rolą tego genu regulującego, który był wcześniej mało znany, mówi Hess. „Ponadto małe regulatory białek, takie jak NirP1, można w przyszłości zastosować w „zielonej” i „niebieskiej” biotechnologii w celu ukierunkowanej kontroli metabolizmu”.

Streszczenie: