Команда специалистов ФИЦ Биотехнологии РАН совместно с единомышленниками из ведущих российских, а также китайских научных институтов совершила значимый прорыв в молекулярной биологии. Учёные тщательно изучили уникальный светособирающий комплекс LH2, присутствующий у пурпурной серной бактерии Ectothiorhodospira haloalkaliphila, что позволило раскрыть его трехмерное устройство в условиях искусственно подавленного образования окрашенных каротиноидов. Эти результаты не только открывают новые горизонты для фундаментальных научных исследований, но и закладывают основу для создания современных биотехнологий по эффективному сбору солнечной энергии.
От фотосинтезирующих бактерий — к новым технологиям
Пурпурные бактерии, известные способностью преобразовывать энергию солнечного света в органику, представляют собой удобную модель для изучения фотосинтеза на молекулярном уровне. В отличие от сложных фотосинтетических систем высших растений, бактериальные комплексы проще по составу и архитектуре. Их мембранные комплексы, отвечающие за улавливание и преобразование энергии, позволяют проводить очень точные структурные исследования, которые невозможно реализовать на более сложных организмах.
Сотрудничество и научный поиск
Работа над этим проектом объединила коллективы ФИЦ Биотехнологии РАН, Института фундаментальных биологических проблем РАН, Курчатовского института, а также Шэнчжэньского института передовых технологий (SIAT). Перед исследователями стояла задача выяснить, что происходит со структурой антенного комплекса LH2, когда биосинтез окрашенных пигментов-каротиноидов сильно нарушен. Для этого был выбран штамм Ectothiorhodospira haloalkaliphila, обладающий удивительной способностью к выживанию даже при почти полном отсутствии окрашенных каротиноидов, что превращает его в поистине уникальную модель для проведённого эксперимента.
Роль каротиноидов в жизни бактерии
Каротиноиды традиционно считаются ключевым элементом бактериальных антенных комплексов. Эти пигменты обеспечивают не только фотозащитную функцию, но и повышают прочность аппаратуры, а также расширяют диапазон длин волн, поглощаемых светособирающей системой. Интересно, что в процессе научных поисков удалось получить комплексы LH2 с необычными спектральными свойствами. Это полностью инактивировало классическое представление о каротиноидах как исключительно окрашенных веществах — выяснилось, что в определённых условиях бактерии сохраняют жизнеспособность с комплексом, где преобладают бесцветные формы или предшественники привычных каротиноидов.
Неожиданные открытия и новые знания
В ходе масштабного анализа, основанного на современных биофизических методах, в структуре антенны LH2 внезапно была обнаружена электронная плотность, которая однозначно свидетельствовала о присутствии каротиноида – но вовсе не окрашенного, а находящегося на стадии предшественника. Это открытие стало научной сенсацией и позволило предположить, что элементы каротиноидной природы принципиально необходимы для стабильности и функционирования комплекса LH2. Даже в бесцветной форме они оказывают важнейшее структурное воздействие, поддерживая целостность и приспособленность бактерии к условиям окружающей среды.
Перспективы развития биотехнологий
Комплексные молекулярные исследования, проведённые в России и Китае, открывают путь к созданию новых биоинженерных систем. Выяснение тонких механизмов функционирования светособирающих комплексов, подобных LH2 Ectothiorhodospira haloalkaliphila, позволит не только лучше понять эволюцию фотосинтетических организмов, но и приблизиться к созданию искусственных фотосинтетических устройств. В будущем такие технологии найдут применение в возобновляемой энергетике, биокатализе и даже медицине. Этап, на котором разрабатываются эти направления, внушает оптимизм и уверенность в том, что российское и мировое научное сообщество в состоянии справиться с наиболее амбициозными задачами XXI века.
Наука объединяет страны и вдохновляет на открытия
Сегодня успехи ФИЦ Биотехнологии РАН, Института фундаментальных биологических проблем РАН, Курчатовского института и Шэнчжэньского института передовых технологий служат примером того, как объединение знаний, ресурсов и технологических возможностей может привести к настоящему научному прорыву. Проведённая работа по изучению комплекса LH2 у Ectothiorhodospira haloalkaliphila подтверждает преимущества международного научного взаимодействия и открывает новые горизонты для всех, кто стремится разгадать тайны живой природы и использовать их на благо человечества.
Источник: indicator.ru
