Результаты совместного исследования Токийского технологического института и Университета Тохоку, Япония, открывают перспективы крупномасштабного производства крахмала из водорослей, ценного биоресурса для биотоплива и других возобновляемых материалов. Такие биопродукты могут заменить ископаемое топливо и способствовать развитию устойчивых систем и обществ.
«Переключатель», контролирующий уровень содержания крахмала в водорослях, был обнаружен исследовательской группой под руководством Сосуке Имамура в Лаборатории химии и биологических наук Института инновационных исследований Токийского технологического института (Tokyo Tech).
Как сообщается в The Plant Journal, исследование было сосредоточено на одноклеточной красной водоросли Cyanidioschyzon merolae. Исследователи продемонстрировали, что содержание крахмала в C. merolae может быть резко увеличено за счет инактивации TOR (мишени рапамицина), протеинкиназы[1], которая, как известно, играет важную роль в росте клеток.
Они наблюдали заметное увеличение уровня крахмала через 12 часов после инактивации TOR посредством воздействия рапамицина, и это привело к заметному десятикратному увеличению через 48 часов.
Важно отметить, что исследование детализирует механизм, лежащий в основе такого резкого увеличения содержания крахмала. Используя метод, называемый жидкостной хроматографией и тандемной масс-спектрометрией (ЖХ-МС/МС), исследователи изучили тонкие изменения в структуре более 50 белков, которые могут быть вовлечены в «включение» процесса накопления крахмала. В результате они определили GLG1 как ключевой представляющий интерес белок. GLG1 действует аналогично гликогенину, ферменту, обнаруженному в клетках дрожжей и животных, который, как известно, участвует в инициации синтеза крахмала (или гликогена).
Механизм будет представлять огромный интерес для широкого круга отраслей, стремящихся расширить производство биотоплива и биохимических продуктов с добавленной стоимостью.
Например, полученные результаты могут ускорить производство экологически чистых топливных добавок, фармацевтических препаратов, косметики и биопластиков[2], которые в настоящее время пользуются большим спросом благодаря поэтапному отказу от одноразовых пластиковых пакетов и соломинок во многих частях. мира.
Водоросли, по сравнению с наземными растениями, очень привлекательны из-за их высокой продуктивности фотосинтеза и относительной простоты выращивания. Крахмал, триацилглицеролы (ТАГ) и другие компоненты биомассы водорослей все чаще рассматриваются как многообещающий и мощный способ внести свой вклад в достижение Целей устойчивого развития (ЦУР), изложенных Организацией Объединенных Наций..
Исследовательская группа отмечает, что дополнительные исследования с использованием других видов водорослей, а также высших растений, таких как Arabidopsis thaliana, могут дать дополнительную информацию об основных молекулярных механизмах накопления крахмала.«Эта информация поможет разработать технологии для повышения производительности биосинтеза крахмала и одновременного улучшения устойчивого производства биомассы и биоэнергии», - говорит Имамура.
Технические термины
[1] Протеинкиназа: Тип фермента, который изменяет другие белки путем добавления фосфатных групп (фосфорилирование).
[2] Биопластики: пластмассы, изготовленные из возобновляемых источников биомассы.