Quando Han Bao iniziò a cercare una nuova specie di cianobatteri da studiare, non aveva idea che il candidato perfetto fosse solo al piano di sopra.

Han fa parte del progetto del laboratorio Kerfeld intorno alla proteina carotenoide arancione (OCP), una proteina che risponde alla luce dell'ambiente per proteggere i suoi ospiti, cianobatteri (precedentemente noti come "alghe blu-verdi").

L'interesse per l'OCP è duplice:primo, svolge un ruolo di primo piano nella fotosintesi dei cianobatteri, e il laboratorio di Kerfeld vuole capire come funziona.

Quindi vogliono usare quella conoscenza per riprogettare questa proteina per applicazioni nell'energia rinnovabile e nella medicina.

E dopo che Han e i suoi compagni di laboratorio hanno condotto un'analisi bioinformatica sui genomi dei cianobatteri (un genoma è una copia completa del progetto del DNA di un organismo), ha scoperto il laboratorio di Montgomery, anche presso il Laboratorio di ricerca sulle piante MSU-DOE, è specializzata in una specie che faciliterebbe il suo studio di una nuova famiglia di proteine ​​OCP che ha identificato.

Il suo studio, pubblicato sulla rivista piante naturali (l'articolo ha fatto la copertina della rivista), introduce e descrive questa nuova famiglia, chiamato OCP2.

Un numero crescente di genomi di cianobatteri

"La maggior parte degli studi precedenti sull'OCP si concentra su quello trovato in un cianobatterio chiamato Synechocystis, " Han dice. "Questo OCP, noto come OCP1, è molto ben studiato."

Ma negli ultimi cinque anni, centinaia di genomi di cianobatteri sono diventati disponibili per l'analisi.

I dati mostrano agli scienziati come gli OCP di oggi, e i loro omologhi di dominio, si sono evoluti nel corso di miliardi di anni in diversi cianobatteri, diversificandosi progressivamente e specializzandosi in diverse funzioni.

Dopotutto, i cianobatteri sono organismi sofisticati, vivere in ambienti drammaticamente diversi in tutto il pianeta, dalle gelide regioni artiche alle sorgenti termali del Parco Nazionale di Yellowstone.

Gli OCP si sono adattati di conseguenza per proteggere i cianobatteri dall'esposizione alla luce dannosa. E la loro diversità funzionale è interessante per sviluppare energie rinnovabili o ideare nuovi strumenti sanitari, ecco perché il laboratorio di Kerfeld vuole capire come funzionano le varie famiglie di OCP.

Presentazione di OCP2

"Abbiamo fatto un'analisi bioinformatica per analizzare tutti i genomi dei cianobatteri disponibili nel database, " Han dice. "Abbiamo trovato due nuove famiglie OCP, oltre il ben studiato OCP1. Abbiamo focalizzato la nostra attenzione su OCP2, trovato nel cianobatterio, Fremyella, che è studiato dal laboratorio di Montgomery."

interessante, L'evoluzione dell'OCP ha portato sia OCP1 che OCP2 a essere presenti in Fremyella, creando una grande opportunità per confrontare entrambe le famiglie in un unico organismo.

"Abbiamo scoperto che OCP2 ha proprietà diverse rispetto a OCP1. Ad esempio, OCP2 reagisce molto più velocemente ai cambiamenti delle condizioni di luce ambientale."

D'altra parte, OCP2 necessita di un'intensità luminosa relativamente più elevata prima di essere attivato per proteggere il cianobatterio, mentre OCP1 può proteggerlo a intensità di luce inferiori.

La struttura di OCP2 è anche più semplice di quella di OCP1. Han e il laboratorio di Kerfeld pensano che tali caratteristiche suggeriscano che l'OCP2 sia una proteina più primitiva.

"Abbiamo più prove evolutive a sostegno di questa affermazione. Sappiamo che OCP1 si è evoluto per interagire con un'altra proteina in Fremyella, chiamato FRP (proteina di recupero della fluorescenza). Quello che fanno gli FRP è accelerare il recupero dell'OCP1 al buio. Ma, OCP2 non interagisce con FRP."

Ecco cosa pensa sia successo. OCP1 si è evoluto per interagire con FRP come un modo per aggiungere uno strato di regolazione, nella sua ricerca per proteggere i cianobatteri.

Sebbene tale interazione aggiuntiva rallenti l'OCP1, lo rende migliore - più raffinato - o "più intelligente" nel suo lavoro.

Una buona analogia è la burocrazia burocratica:l'interazione con FRP è come un ulteriore strato di scartoffie, che rallenta le attività di un'azienda. Ma di solito, le burocrazie consolidate sono più stabili.

Ma il fatto che OCP2 sia primitivo non significa che sia meno utile, soprattutto quando si considerano applicazioni di biologia sintetica.

"Famiglie diverse hanno caratteristiche unicamente interessanti. Un altro studio nel nostro laboratorio ha appena mostrato come OCP1 e OCP2 funzionino in modo diverso quando li separiamo e li osserviamo. Le loro diverse proprietà saranno utili per progettare applicazioni diverse, dipende dai punti di forza di ogni famiglia."

Il laboratorio di Kerfeld è alla ricerca di altre famiglie OCP, oltre OCP2, nella sua continua ricerca di costruire una base di conoscenza strutturale e funzionale su questa proteina.