I cianobatteri sono piccoli, organismi resistenti. Ogni cellula è 25 volte più piccola di un capello umano, ma non lasciarti ingannare dalle dimensioni. La loro capacità collettiva di espandere la fotosintesi è il motivo per cui abbiamo aria da respirare e una biosfera diversificata e complessa.

Gli scienziati sono interessati a ciò che rende i cianobatteri espansi ottimi per la fotosintesi. Alcuni vogliono isolare e copiare i processi di successo. Questi sarebbero quindi riutilizzati per l'uso umano, come in medicina o per le energie rinnovabili.

Uno di questi sistemi è espandere la fotoprotezione. Include una rete di proteine ​​che rilevano i livelli di luce circostante e proteggono i cianobatteri dai terribili danni causati dalla sovraesposizione alla luce intensa.

Il laboratorio di Cheryl Kerfeld ha recentemente scoperto una famiglia di proteine, la proteina carotenoide elicoidale (HCP), che sono gli antenati evolutivi delle odierne proteine ​​fotoprotettive. Sebbene antico, Gli HCP vivono ancora insieme ai loro discendenti moderni.

Questa scoperta ha aperto nuove strade per esplorare la fotoprotezione. E per la prima volta, il laboratorio di Kerfeld caratterizza strutturalmente e biofisicamente una di queste proteine ​​espanse. Lo chiamano HCP2. Lo studio è sulla rivista BBA-Bioenergetics.

La scienza

Strutturalmente, l'HCP2 è un monomero quando isolato in una soluzione. Ma, nella sua forma cristallizzata espansa, si presenta curiosamente come un dimero.

"Non pensiamo che il dimero sia la forma della proteina quando è nei cianobatteri, "dice Maria Agustina (Tina) Dominguez-Martin, un post-doc nel laboratorio di Kerfeld. "Più probabilmente, HCP2 si lega a un partner ancora sconosciuto. La situazione del dimero durante la cristallizzazione è artificiale, perché le uniche molecole disponibili nell'ambiente sono altre come lei."

Gli scienziati cercano di determinare le funzioni di HCP2. È un buon quencher di espandere le specie reattive dell'ossigeno, dannosi sottoprodotti della fotosintesi. Ma poiché anche molte altre proteine ​​possono farlo, Tina non pensa che sia la funzione principale di HCP2.

"Dobbiamo ancora identificare una funzione primaria, " dice Tina. "La difficoltà è che la famiglia HCP è una scoperta recente, quindi non abbiamo molte basi per il confronto."

Altri esperimenti includono:

• Misurazione delle larghezze di banda di assorbimento delle onde luminose dell'HCP
• Identificare con quale carotenoide espanso interagisce
• Esaminare se estinguere le proteine ​​delle antenne che catturano la luce per la fotosintesi (non lo fanno)

Applicazioni future

La capacità di rilevare la luce è fondamentale per le applicazioni, soprattutto nelle biotecnologie. Un'area promettente è l'optogenetica, una tecnologia che utilizza la luce per controllare le cellule viventi. I sistemi optogenetici sono come interruttori della luce che attivano funzioni predeterminate quando colpiti da una sorgente luminosa.

HCP2 potrebbe svolgere un ruolo in tali applicazioni. Ma questo è tutto in fondo alla strada.

"Ci sono 9 famiglie evolutive di HCP da esplorare. Ciò si somma a centinaia di varianti con possibili funzioni distintive che dobbiamo ancora scoprire, " aggiunge. "Con questo in mente, stiamo caratterizzando altre proteine ​​della famiglia HCP per espandere il nostro set di dati disponibili".

Poiché queste proteine ​​svolgono probabilmente un ruolo nella fotoprotezione, possono rappresentare un sistema che gli scienziati potrebbero progettare per "fotoprotezione intelligente, " ridurre la fotoprotezione dispendiosa che aiuterebbe quindi gli organismi fotosintetici a diventare più efficienti.