Група дослідників з Массачусетського технологічного інституту (MIT) здійснила прорив у біотехнологіях: їм вдалося прискорити головний фермент фотосинтезу РуБісКО. Це відкриття обіцяє підвищити врожайність сільськогосподарських культур і посилити здатність рослин поглинати вуглекислий газ, що критично важливо в умовах глобального потепління.
Що не так з РуБісКО і чому його вдосконалили
Фермент РуБісКО (рибулозо-1,5-бісфосфаткарбоксилаза/оксигеназа) відіграє ключову роль у процесі фотосинтезу — саме він перетворює вуглекислий газ на органічні сполуки, необхідні для росту рослин. Утім, попри свою незамінність, цей фермент надзвичайно повільний: у середньому виконує лише від 1 до 10 реакцій за секунду. До того ж, він часто “плутається” і замість CO2 зв’язує молекули кисню, що гальмує продуктивність фотосинтезу.
Науковці з MIT, застосовуючи технологію спрямованої еволюції, сконструювали бактеріальну версію РуБісКО з низькооксигенного середовища, підвищивши її активність на 25%. Прорив опубліковано в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences.
Мутації для майбутнього врожаю
Команда провела низку експериментів, у ході яких створювали послідовні мутації ферменту, добиваючись оптимального поєднання властивостей. У результаті отримали версію РуБісКО, яка набагато краще захоплює вуглекислий газ і рідше помиляється з киснем.
Дослідники вже планують перенести цю розробку з бактерій на вищі рослини — зокрема на такі важливі культури, як соя, пшениця та кукурудза. Оптимізовані ферменти можуть не лише прискорити фотосинтез, а й зменшити втрати енергії, пов’язані з фотореспірацією — процесом, який виникає саме через помилки РуБісКО.
Більше їжі, менше CO2
Фотосинтез із “прокачаним” ферментом — це не лише про підвищення врожайності. Ефективніше поглинання вуглекислого газу має важливе екологічне значення: за деякими оцінками, рослинність може вилучати з атмосфери до 3,8 гігатонни вуглецю щороку. Це приблизно стільки, скільки важать 30 мільйонів синіх китів.
Водночас зміна клімату ускладнює здатність рослин засвоювати CO2: спека, посухи та підвищення концентрації озону знижують ефективність фотосинтезу. Саме тому удосконалення РуБісКО — не просто технологічна новинка, а потенційний засіб адаптації до кліматичних викликів.
Що далі?
Наразі експерименти проводилися на бактеріальних системах, але вчені вже готуються до випробувань на культурних рослинах у лабораторних і польових умовах. Паралельно тривають дослідження, які вивчають стійкість до посух, підвищення росту сіянців і захист від ультрафіолетового випромінювання у вдосконалених фотосинтетичних системах.
Якщо технологія успішно інтегрується в агросектор, людство отримає не лише більше їжі, а й потужніший природний механізм очищення атмосфери від надлишку CO2.
