Цианобактерии, также известные как сине-зеленые водоросли, заслуженно называются "растениями океана" за их уникальную способность осуществлять фотосинтез в огромных масштабах, производя кислород и улавливая парниковый газ CO2 из окружающей среды.
Однако для этого им требуются дополнительные питательные вещества, в частности азот.
Под руководством биолога и профессора генетики Фрайбургского университета, доктора Вольфганга Р. Хесса, команда исследователей обнаружила ранее неизвестный ген, играющий ключевую роль в регулировании обмена азота и углеводов.
Этот ген позволяет цианобактериям косвенно контролировать рост микроорганизмов, способствующих фотосинтезу. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications.
"Наша работа показывает, что существует множество ранее неизвестных взаимосвязей даже между самыми мелкими организмами в окружающей среде, и в этом участвуют многие ранее неизвестные гены", — отмечает Хесс.
Количество углерода (CO2) и азота, доступного для растений, водорослей и цианобактерий, не всегда одинаково. Важный для фотосинтеза баланс между этими двумя основными питательными веществами контролируется генетической системой цианобактерий. Докторант Вольфганга Р. Хесса, Александр Краус из Фрайбургского университета, обнаружил и описал ген, играющий ключевую роль в этом процессе: ген, кодирующий белок NirP1.
Этот белок активируется, когда клетки обнаруживают дефицит углерода по сравнению с доступным азотом.
Хотя сам белок слишком мал для активности фермента, как другие белки, исследователи сотрудничали с доктором Филиппом Спэтом и профессором Борисом Мачеком из Центра протеомики Тюбингенского университета и выяснили, что NirP1 может постоянно связываться с ферментом, преобразующим нитрит в аммиак.
NirP1 предотвращает этот процесс, обеспечивая накопление нитритов в клетках, что ведет к последующим обширным метаболическим изменениям, изученным в сотрудничестве с командой профессора Мартина Хагемана из Университета Ростока.
В конечном итоге цианобактерии начинают выделять нитрит в окружающую среду, где он стимулирует рост полезных микроорганизмов и, следовательно, создает благоприятную среду для фотосинтеза цианобактерий.
"Эти результаты наталкивают нас на идею дальнейших исследований взаимодействия между микроорганизмами и ролью этого регулирующего гена, который ранее был малоизвестен", — отмечает Хесс. "Кроме того, мелкие белковые регуляторы, такие как NirP1, могут в будущем быть использованы в зеленой и голубой биотехнологии для целенаправленного контроля метаболизма".