Current Biology: Созданы дрожжи, питающиеся светом

Возможно, вы знаете дрожжи как организм, который превращает углеводы в хлеб и пиво, если оставить их бродить в темноте. В таких случаях воздействие света может помешать или даже испортить процесс.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Current Biology, ученые из Школы биологических наук Технологического института Джорджии создали один из первых в мире штаммов дрожжей, которые от включенного света только счастливы.

Мы были откровенно потрясены тем, насколько просто превратить дрожжи в фототрофов (организмы, способные получать и использовать энергию света), — говорит Энтони Бурнетти, научный сотрудник лаборатории доцента Уильяма Рэтклиффа и соавтор исследования.

Все, что нам нужно было сделать, — это переместить один-единственный ген, и они стали расти на свету на 2% быстрее, чем в темноте». Без всякой тонкой настройки или тщательного уговаривания, это просто сработало.

Простое наделение дрожжей столь важным с эволюционной точки зрения признаком может иметь большое значение для нашего понимания того, как этот признак возник, и как его можно использовать для изучения таких вещей, как производство биотоплива, эволюция и клеточное старение.

В поисках энергетической подпитки

Исследование было вдохновлено работой группы по изучению эволюции многоклеточной жизни. В прошлом году группа опубликовала в журнале Nature первый отчет об эксперименте Multicellularity Long-Term Evolution Experiment (MuLTEE), раскрыв, как их одноклеточный модельный организм, «дрожжи-снежинки», смог развить многоклеточность за 3 000 поколений.

На протяжении всех этих эволюционных экспериментов обнаружилось одно серьезное ограничение для эволюции многоклеточных: энергия.

Кислород с трудом проникает глубоко в ткани, и в результате вы получаете ткани, лишенные возможности получать энергию, — говорит Бурнетти.

Я искал способы обойти это энергетическое ограничение на основе кислорода.

Один из способов дать организмам энергетическую подпитку без использования кислорода — это свет. Но способность превращать свет в полезную энергию может быть сложной с эволюционной точки зрения. Например, молекулярный механизм, позволяющий растениям использовать свет для получения энергии, включает в себя множество генов и белков, которые сложно синтезировать и передать другим организмам — как в лаборатории, так и естественным путем в ходе эволюции.

К счастью, растения — не единственные организмы, способные преобразовывать свет в энергию.

Проще простого

Более простой способ использования света организмами — это родопсины: белки, которые могут преобразовывать свет в энергию без дополнительных клеточных механизмов.

Родопсины встречаются по всему древу жизни и, по-видимому, приобретаются организмами, получающими гены друг от друга в ходе эволюции, — говорит Осень Петерсон, аспирант биологического факультета, работающий с Рэтклиффом, и ведущий автор исследования.

Такой тип генетического обмена называется горизонтальным переносом генов и подразумевает обмен генетической информацией между организмами, которые не являются близкими родственниками. Горизонтальный перенос генов может привести к, казалось бы, большим эволюционным скачкам за короткое время, например, к тому, что бактерии быстро развивают устойчивость к определенным антибиотикам. Это может происходить с любыми видами генетической информации, но особенно часто происходит с белками родопсина.

В процессе поиска способа переноса родопсинов в многоклеточные дрожжи, — объясняет Бурнетти, — мы обнаружили, что можем узнать о горизонтальном переносе родопсинов, который происходил в ходе эволюции в прошлом, перенеся их в обычные одноклеточные дрожжи, где они никогда раньше не встречались.

Чтобы проверить, удастся ли создать одноклеточный организм с родопсином, работающим на солнечной энергии, исследователи добавили ген родопсина, синтезированный из паразитического грибка, в обычные пекарские дрожжи. Этот специфический ген кодирует форму родопсина, которая вставляется в вакуоль клетки — часть клетки, которая, как и митохондрии, может превращать химические градиенты, создаваемые белками, подобными родопсину, в энергию.

Оснащенные вакуольным родопсином, дрожжи росли примерно на 2% быстрее при освещении — огромное преимущество с точки зрения эволюции.

У нас есть один-единственный ген, и мы просто перебрасываем его через контекст в род, который никогда раньше не был фототрофом, и он просто работает, — говорит Бурнетти.

Это говорит о том, что подобной системе действительно легко, по крайней мере иногда, выполнять свою работу в новом организме.

Эта простота дает ключевое представление об эволюции и многое говорит о том, «с какой легкостью родопсины смогли распространиться по столь многим линиям и почему это может быть так», — объясняет Петерсон, которая недавно получила за свою работу стипендию Гиллиама Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI). Карина Баскетт, автор грантов Центра динамики микроорганизмов и инфекций Технологического института Джорджии, также работала над этим исследованием.

Поскольку функция вакуолей может способствовать клеточному старению, группа также начала сотрудничество для изучения того, как родопсины могут уменьшить эффект старения в дрожжах. Другие исследователи уже начали использовать подобные новые дрожжи, работающие на солнечной энергии, для изучения прогрессивного биопроизводства, что может означать значительные улучшения в таких областях, как синтез биотоплива.

Рэтклифф и его группа, однако, в основном стремятся изучить, как это дополнительное преимущество может повлиять на путь одноклеточных дрожжей к многоклеточному организму.

У нас есть прекрасная модельная система простой многоклеточности, — заключает Бернетти, имея в виду длительный эксперимент Multicellularity Long-Term Evolution Experiment (MuLTEE).

Мы хотим дать ей фототрофию и посмотреть, как это изменит ее эволюцию.

12.01.2024


Подписаться в Telegram



Биосфера

Nature Ecology & Evolution: Всеобщий предок LUCA оказался старше, чем считалось
Nature Ecology & Evolution: Всеобщий предок LUCA оказался старше, чем считалось

Международная группа исследователей под р...

Frontiers in Veterinary Science: Открыт способ отучить кошек царапать мебель
Frontiers in Veterinary Science: Открыт способ отучить кошек царапать мебель

Многие владельцы кошек сталкиваются с тем...

Ученый объяснил, как планктон выживает в турбулентных потоках
Ученый объяснил, как планктон выживает в турбулентных потоках

Как движутся частицы в турбулентных жидко...

EMBO Reports: Растения-однолюбы находят одного партнера на всю жизнь
EMBO Reports: Растения-однолюбы находят одного партнера на всю жизнь

Группа ученых из Университета Нагоя, Япон...

Frontiers in Bee Science: Жара мешает шмелям полноценно размножаться
Frontiers in Bee Science: Жара мешает шмелям полноценно размножаться

В результате климатического кризиса глобальное...

Journal of the AChemSociety: Синтетика вызывает хаос в первичном бульоне
Journal of the AChemSociety: Синтетика вызывает хаос в первичном бульоне

Наше тело состоит из триллионов различных...

Evolution: Островные летучие мыши одного вида эволюционируют по-разному
Evolution: Островные летучие мыши одного вида эволюционируют по-разному

Исследователь из Мельбурнского университе...

New Phytologist: Сети прожилок на листьях появились 201 млн лет назад
New Phytologist: Сети прожилок на листьях появились 201 млн лет назад

По мнению исследовательской группы под ру...

Science: Облик будущих партнеров запечатлен у бабочек Heliconius в генах
Science: Облик будущих партнеров запечатлен у бабочек Heliconius в генах

Тропические бабочки Heliconius хорошо известны...

Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды

В новом исследовании неврологи показали, как&n...

Ecology: Японские медведи в поисках пищи разоряют лесопосадки
Ecology: Японские медведи в поисках пищи разоряют лесопосадки

Бурые медведи, добывающие пищу на полуост...

Nature: Стволовые клетки растений подскажут, как развивается рак
Nature: Стволовые клетки растений подскажут, как развивается рак

Крошечный корень растения толщиной не бол...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

35% переболевших коронавирусом в течение года столкнулись с ухудшением здоровья
35% переболевших коронавирусом в течение года столкнулись с ухудшением здоровья
Science Immunology: Воспаление мозга вызывает мышечную слабость после инфекций
Science Immunology: Воспаление мозга вызывает мышечную слабость после инфекций
Acta Biomaterialia: Гидрогель поможет понять механизм развития Альцгеймера
Acta Biomaterialia: Гидрогель поможет понять механизм развития Альцгеймера
CSAA: Как восстановить мир в городе после конфликта — проблемы и перспективы
CSAA: Как восстановить мир в городе после конфликта — проблемы и перспективы
Новая технология фотоэлектрических модулей оптимизирована для городских условий
Новая технология фотоэлектрических модулей оптимизирована для городских условий
Nature Ecology & Evolution: Всеобщий предок LUCA оказался старше, чем считалось
Nature Ecology & Evolution: Всеобщий предок LUCA оказался старше, чем считалось
ИИ лучше клинических тестов справился с прогнозом течения болезни Альцгеймера
ИИ лучше клинических тестов справился с прогнозом течения болезни Альцгеймера
International Journal of Hydrogen Energy: К 2045 году будем летать на водороде
International Journal of Hydrogen Energy: К 2045 году будем летать на водороде
IEEE Access: Ученые открыли доступ к данным о работе электрических сетей
IEEE Access: Ученые открыли доступ к данным о работе электрических сетей
Нанопластики нарушают структуру и функциональность белков в грудном молоке
Нанопластики нарушают структуру и функциональность белков в грудном молоке
Cell: Впервые восстановлена трёхмерная структура хромосом шерстистого мамонта
Cell: Впервые восстановлена трёхмерная структура хромосом шерстистого мамонта
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Вдохновились Дюной: Модификация скафандров позволит перерабатывать мочу в воду
Вдохновились Дюной: Модификация скафандров позволит перерабатывать мочу в воду
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным

Новости компаний, релизы

Ведущие игроки агрорынка представят новинки на «Дне поля» в Агробиотехнопарке Казанского ГАУ
Межсетевой экран защитит компьютерные системы от киберугроз
Университет МИСИС будет готовить специалистов в сфере квантовых технологий
В Нижнем Новгороде проходит Шестой «ЯлФест-2024»
В ВГУВТ будут готовить уникальных специалистов на стыке инженерии и экономики для развития водного транспорта