Sciencemag.cz
Doporučujeme
Ethylen (ethen, etylén) představuje klíčovou surovinu pro výrobu plastů. Je obsažen v zemním plynu, vyrábí se krakováním ropy. Kdybychom ho dokázali ale produkovat fotosyntézou, navíc bychom tím odstraňovali oxid uhličitý (a řekněme, že až se by ethylen nakonec nějak rozložil/spálil, celý proces by byl z hlediska uhlíkové bilance neutrální).
Zařídit, aby biosyntéza ethylenu fungovala, není zrovna jednoduché. Vědci z americké National Renewable Energy Laboratory a dalších institucí tvrdí, že nyní v tomto ohledu ale dosáhli několika úspěchů. Rozhodující je naučit organismy odbourávat guanidin HNC(NH₂)₂, který jinak způsobuje u buněk produkujících ethylen nestabilitu genomu a další problémy.
Vědci vzali gen běžného rostlinného patogenu (Pseudomonas syringae, tyčinkovitá gramnegativní bakterie způsobující hnědé skvrny na listech) a vnesli ho do sinice. Sinice pak začnou fotosyntézou vyrábět ethylen, jenže přitom vzniká právě také guanidin a ten postupně způsobí jejich hynutí. Bylo to kromě vlivu na genom dáno především tím, že se narušovala tvorba pigmentů – právě těch potřebných pro fotosyntézu. Nicméně existuje sinice Synechocystis 6803, která guanidin dokáže rozkládat. Vtip tedy spočívá v tom tento mechanismus také přenést do buněk dalších sinic a tímto způsobem je stabilizovat.
Vědci již dříve předpokládali, že při odbourávání guanidinu hraje roli jeden konkrétní gen Synechocystis 6803. Usoudili to na základě vyšší exprese tohoto genu v kmeni produkujícím ethylen a podobnosti jeho sekvence s jinými známými metabolickými mechanismy souvisejícími s guanidinem. Tato domněnka se nyní potvrdila, když výzkumníci gen ze sinice vyřadili a pozorovali pokles počtu buněk po vystavení sinic guanidinu. Dále pak po přenosu tohoto genu do sinice Synechococcus 7942 dokázala guanidin metabolizovat i ona – v obou případech se toxická molekula přeměňovala na močovinu a amoniak. Evolucí příslušné genu by se možná mohlo dojít k ještě účinnějšímu enzymu pro rozklad guanidinu.
Ethylen lze biologicky vyrábět také z biomasy, jenže to vyžaduje energii.
Bo Wang et al, A guanidine-degrading enzyme controls genomic stability of ethylene-producing cyanobacteria, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-25369-x
Zdroj: National Renewable Energy Laboratory / Phys.org
Poznámky PH:
Není mi jasné, jak za těchto okolností ale sinice mohou přežívat – glukóza je pro ně přece klíčovým produktem fotosyntézy. Snad je tomu tak, že ethylen vzniká pouze zčásti? (Kdyby se měly „přikrmovat“, tak to zase postrádá smysl?)
Tahle to celé působí hodně komplikovaně, proč nejde použít rovnou sinici Synechocystis 6803 a gen z bakterie Pseudomonas syringae vložit do ní?
