Учёные раскрыли механизм контроля за углеродными фабриками цианобактерий

Разрушение карбоксисом и остановка роста в условиях миксотрофии у мутанта ΔrpaA. (A) Динамика состояния карбоксисом в фотоавтотрофных и миксотрофных условиях в штамме CscB^import. Автор: The Plant Journal (2025). DOI: 10.1111/tpj.70480

Цианобактерии, выполняющие фотосинтез задолго до появления растений и водорослей, играют ключевую роль в глобальном углеродном цикле, фиксируя до 30% углекислого газа на планете. Учёные из Мичиганского университета раскрыли важный регуляторный путь, связывающий светособирающие системы бактерий с внутренними компартментами, где происходит фиксация углерода.

В новом исследовании, опубликованном в The Plant Journal, команда под руководством постдока Марии Сантос-Мерино обнаружила, что белок RpaA действует как посредник между светособирающим аппаратом цианобактерий и их карбоксисомами — белковыми оболочками, содержащими фермент Rubisco для захвата CO₂.

«Мы до сих пор не знаем полный спектр функций RpaA», — отметила Сантос-Мерино. Ранее этот белок считался частью циркадных ритмов бактерий, но теперь выяснилось, что он помогает карбоксисомам расти или уменьшаться в зависимости от доступности энергии.

Исследователи создали мутантные штаммы цианобактерий без белка RpaA и сравнили их с нормальными клетками. Оказалось, что без RpaA карбоксисомы полностью разрушаются при стрессе, что стало неожиданностью для учёных.

«Это было немного неожиданно, потому что они обычно присутствуют постоянно», — сказал профессор Дэнни Дюка. «Они необходимы для роста цианобактерий».

Разрушение карбоксисом оказалось обратимым при снятии стресса, что указывает на динамическую регуляторную систему.

Это фундаментальное открытие закладывает основу для улучшения фотосинтеза и развития биотехнологий. Понимание внутренних процессов цианобактерий может помочь в создании систем производства биоматериалов без использования пахотных земель или питьевой воды.

Больше информации: María Santos‐Merino et al, Plastoquinone redox status influences carboxysome integrity via a RpaA‐ and reactive oxygen species‐dependent regulatory network, The Plant Journal (2025). DOI: 10.1111/tpj.70480