Vores første kig på et nyt lysabsorberende protein i cyanobakterier

Cyanobakterier er små, hårdføre organismer. Hver celle er 25 gange mindre end et menneskehår, men lad ikke størrelsen narre dig. Deres kollektive evne til at udvide fotosyntesen er grunden til, at vi har luft at trække vejret og en mangfoldig og kompleks biosfære.

Forskere er interesserede i, hvad der gør ekspanderende cyanobakterier gode til fotosyntese. Nogle ønsker at isolere og kopiere vellykkede processer. De ville så blive genbrugt til menneskelig brug, som inden for medicin eller til vedvarende energi.

Et af disse systemer er udvidet fotobeskyttelse. Det inkluderer et netværk af proteiner, der registrerer omgivende lysniveauer og beskytter cyanobakterier mod frygtelige skader forårsaget af overeksponering for stærkt lys.

Cheryl Kerfelds laboratorium opdagede for nylig en familie af proteiner, Helical Carotenoid Protein (HCP), som er de evolutionære forfædre til nutidens fotobeskyttende proteiner. Selvom det er gammelt, HCP lever stadig sammen med deres moderne efterkommere.

Denne opdagelse har åbnet nye veje til at udforske fotobeskyttelse. Og for første gang, Kerfeld -laboratoriet karakteriserer strukturelt og biofysisk et af disse ekspanderende proteiner. De kalder det HCP2. Undersøgelsen er i tidsskriftet BBA-Bioenergetics.

Videnskaben

Strukturelt, HCP2 er en monomer, når det er isoleret i en opløsning. Men, i sin udvidede krystalliserede form, det viser sig nysgerrigt som en dimer.

"Vi tror ikke, at dimeren er proteinets form, når den er i cyanobakterierne, " siger Maria Agustina (Tina) Dominguez-Martin, en post-doc i Kerfeld-laboratoriet. "Højst sandsynlig, HCP2 binder sig til en endnu ukendt partner. Den dimere situation under krystallisation er kunstig, fordi de eneste tilgængelige molekyler i miljøet er andre som ham selv."

Forskerne forsøger at bestemme HCP2s funktioner. Det er en god quencher af ekspanderende reaktive oxygenarter, skadelige biprodukter fra fotosyntesen. Men da mange andre proteiner også kan gøre det, Tina mener ikke, at det er HCP2s hovedfunktion.

"Vi mangler endnu at identificere en primær funktion, " siger Tina. "Vanskeligheden er, at HCP-familien er en nylig opdagelse, så vi har ikke meget sammenligningsgrundlag."

Andre eksperimenter omfatter:

• Måling af HCP-lysbølgeabsorptionsbåndbredder
• Identificere, hvilken ekspanderende carotenoid den interagerer med
• Undersøgelse af, om de slukker antenneproteiner, der fanger lys til fotosyntese (det gør de ikke)

Fremtidige applikationer

Evnen til at detektere lys er nøglen til applikationer, især inden for bioteknologi. Et lovende område er optogenetik, en teknologi, der bruger lys til at styre levende celler. Optogenetiksystemer er som lyskontakter, der aktiverer forudbestemte funktioner, når de rammes af en lyskilde.

HCP2 kan spille en rolle i sådanne applikationer. Men alt dette er langt nede ad vejen.

"Der er 9 evolutionære familier af HCP at udforske. Det tilføjer op til hundredvis af varianter med muligvis karakteristiske funktioner, som vi endnu ikke har opdaget, " tilføjer hun. "Med det i tankerne, vi karakteriserer andre proteiner fra HCP-familien for at udvide vores tilgængelige datasæt."

Fordi disse proteiner sandsynligvis spiller en rolle i fotobeskyttelse, de kan repræsentere et system, som videnskabsmænd kunne konstruere til "smart fotobeskyttelse, "reducere spild af fotobeskyttelse, som så ville hjælpe fotosyntetiske organismer med at blive mere effektive.