Джеймс Умен, доктор философии, ассоциированный член Центра науки о растениях Дональда Дэнфорта, и его коллеги открыли способ сделать водоросли лучшими производителями масла без ущерба для роста. Результаты были опубликованы 6 сентября в статье под названием «Синергизм между инозитолполифосфатами и передачей сигналов киназы TOR в восприятии питательных веществ, контроле роста и метаболизме липидов у Chlamydomonas» в журнале The Plant Cell. Умен и его команда, включая ведущего автора Инмакуладу Кузо, доктора философии. D., и его сотрудники Брэдли Эванс, доктор философии, директор отдела протеомики и масс-спектрометрии, и Дуг Аллен, доктор философии, научный сотрудник Министерства сельского хозяйства США в Данфортском центре, определили мутацию в зеленой водоросли Chlamydomonas, которая существенно устраняет ограничение, которое широко распространено. наблюдается у микроводорослей, где самые высокие урожаи масла могут быть получены только из голодающих культур.
Умэн и его команда обнаружили у хламидомонады накапливающую масло мутацию, называемую vip1-1, при исследовании того, как две консервативные сигнальные системы взаимодействуют друг с другом. Одна система включает белок под названием TOR (мишень рапамицина), активность которого настроена на соответствие скорости роста клеток уровню питательных веществ в окружающей среде. Другая система включает семейство белков, называемых VIP, которые продуцируют сильно фосфорилированные небольшие молекулы, называемые полифосфатами инозита, которые, как считается, действуют как внутриклеточные сигналы, но чья функция у водорослей четко не определена. Команда обнаружила, что когда активность VIP снижалась из-за мутации vip1-1, рост клеток становился чрезвычайно чувствительным к изменениям активности TOR; но неожиданно эта чувствительность зависела от источников углеродных питательных веществ, которые были доступны клеткам. Когда TOR-ингибированные клетки vip1-1 освещались для фотосинтеза и дополнялись ацетатом - «свободным» источником дополнительного углерода - их рост полностью прекращался. Однако мутация vip1-1 не повлияла на ингибированный TOR рост клеток, когда ацетат был удален, а атмосферный CO2 был единственным источником углерода..
Связь между ацетатом и поведением роста клеток vip1-1 побудила Умена и его команду дополнительно исследовать мутант, чтобы увидеть, есть ли у него другие метаболические изменения, которые можно было бы обнаружить, не нарушая передачу сигналов TOR. Примечательно, что они обнаружили, что активно растущие клетки vip1 являются сверхаккумуляторами масла, которые производят больше масла для хранения по сравнению с нормальными клетками, и делают это без значительного снижения роста. Более того, в условиях голодания, когда нормальные клетки значительно увеличивают содержание масла, клетки vip1-1 увеличивают его еще больше, удваивая урожай, наблюдаемый в нормальных клетках.
«Наше исследование открывает новый способ понять, как клетки контролируют метаболизм и хранение углерода», - сказал Инмакулада Кузо, доктор философии. Д., постдокторант Института биохимии растений и фотосинтеза. «Поскольку мы расшифровываем сигнальный код полифосфата инозита, мы открываем возможность перепрограммирования метаболизма и превращения водорослей в более эффективных производителей масла или других высокоценных соединений, богатых углеродом».