Цианобактерии, также называемые сине-зелеными водорослями, известны как «растения океана», поскольку они осуществляют фотосинтез в гигантских масштабах, производят кислород и извлекают из окружающей среды парниковый газ CO2. Однако для этого им нужны дополнительные питательные вещества, такие как азот.
Команда, возглавляемая биологом профессором доктором Вольфгангом Р. Хессом, профессором генетики Фрайбургского университета, обнаружила ранее неизвестный ген, который играет ключевую роль в координации азотистого и углеводного обмена. С его помощью цианобактерии косвенно регулируют рост микроорганизмов, способствующих фотосинтезу. Результаты были опубликованы в журнале Nature Communications.
«Наша работа показывает, что существует множество ранее неизвестных взаимозависимостей даже между самыми маленькими организмами в окружающей среде и что в этом играют роль многие ранее неизвестные гены», — говорит Хесс.
Количество углерода (CO 2) и азота, доступного для растений, водорослей и цианобактерий, не всегда одинаково. Для фотосинтеза огромное значение имеет физиологически значимый баланс между этими двумя основными питательными веществами. В генетических данных цианобактерий Александр Краус, докторант Вольфганга Р. Гесса во Фрайбургском университете, теперь обнаружил и охарактеризовал ген, который играет ключевую роль в этом контексте: ген кодирует белок под названием NirP1. Это происходит только в том случае, если клетки обнаруживают дефицит углерода по отношению к доступному азоту.
Сам белок слишком мал, чтобы действовать как фермент, как многие другие белки. Однако, работая с доктором Филиппом Спэтом и профессором доктором Борисом Мачеком из Центра протеома Тюбингенского университета, исследователи смогли обнаружить, что NirP1 может постоянно связываться с ферментом, который обычно превращает нитрит в аммоний.
NirP1 предотвращает это и тем самым обеспечивает накопление нитритов в клетках; за этим следуют дальнейшие масштабные метаболические изменения, которые были подробно проанализированы в сотрудничестве с командой профессора доктора Мартина Хагемана из Университета Ростока.
Наконец, цианобактерии начинают экспортировать нитрит в окружающую среду, где дополнительный нитрит стимулирует рост полезных микроорганизмов и, таким образом, микробиома, благотворного для фотосинтеза цианобактерий.
«Результаты наводят на мысль о дальнейших исследованиях взаимодействия между микроорганизмами и роли этого регулирующего гена, который ранее был малоизвестен», — говорит Хесс. «Кроме того, небольшие белковые регуляторы, такие как NirP1, в будущем могут быть использованы в «зеленой» и «голубой» биотехнологии для целевого контроля метаболизма».
