Можливо, ви знаєте дріжджі як організм, який перетворює вуглеводи на хліб та пиво, якщо залишити їх у темряві. Світло може перешкодити і навіть зіпсувати процес.
У новому дослідженні, опублікованому в журналі Current Biology, вчені зі Школи біологічних наук Технологічного інституту Джорджії створили один із перших у світі штамів дріжджів, які від включеного світла лише виграють.
Просте наділення дріжджів настільки важливою з еволюційної точки зору ознакою може мати велике значення для нашого розуміння того, як ця ознака виникла, і як її можна використовувати для вивчення таких речей, як виробництво біопалива, еволюція та клітинне старіння.
У пошуках енергетичного підживлення
Дослідження було натхнене роботою групи вивчення еволюції багатоклітинного життя. Минулого року група опублікувала у журналі Nature перший звіт про експеримент Multicellularity Long-Term Evolution Experiment (MuLTEE), розкривши, як їхній одноклітинний модельний організм, «дріжджі-сніжинки» зміг розвинути багатоклітинність за 3 000 поколінь.
Протягом усіх цих еволюційних експериментів виявилося одне серйозне обмеження еволюції багатоклітинних: енергія.
Один зі способів дати організмам енергетичне підживлення без використання кисню — це світло. Але здатність перетворювати світло на корисну енергію може бути складною з еволюційної точки зору. Наприклад, молекулярний механізм, що дозволяє рослинам використовувати світло для отримання енергії, включає безліч генів і білків, які складно синтезувати і передати іншим організмам — як в лабораторії, так і природним шляхом у ході еволюції.
На щастя, рослини — не єдині організми, здатні перетворювати світло на енергію.
Простіше простого
Простіший спосіб використання світла організмами — це родопсини: білки, які можуть перетворювати світло на енергію без додаткових клітинних механізмів.
Такий тип генетичного обміну називається горизонтальним перенесенням генів і має на увазі обмін генетичною інформацією між організмами, які є близькими родичами. Горизонтальне перенесення генів може призвести до, здавалося б, великих еволюційних стрибків за короткий час, наприклад, до того, що бактерії швидко розвивають стійкість до певних антибіотиків. Це може відбуватися з будь-якими видами генетичної інформації, але часто відбувається з білками родопсину.
Щоб перевірити, чи вдасться створити одноклітинний організм із родопсином, що працює на сонячній енергії, дослідники додали ген родопсину, синтезований із паразитичного грибка, у звичайні пекарські дріжджі. Цей специфічний ген кодує форму родопсину, яка вставляється у вакуоль клітини — частина клітини, яка, як і мітохондрії, може перетворювати хімічні градієнти, створювані білками, подібними до родопсину, в енергію.
Оснащені вакуольним родопсином, дріжджі росли приблизно на 2% швидше при освітленні — величезна перевага з погляду еволюції.
Ця простота дає ключове уявлення про еволюцію і багато говорить про те, що, «з якою легкістю родопсини змогли поширитися такими багатьма лініями і чому це може бути так», — пояснює Петерсон, яка нещодавно отримала за свою роботу стипендію Гілліама Медичного інституту Говарда Хьюза (HHMI). Каріна Баскетт, автор грантів Центру динаміки мікроорганізмів та інфекцій Технологічного інституту Джорджії, також працювала над цим дослідженням.
Оскільки функція вакуолей може сприяти клітинному старінню, група також розпочала співпрацю для вивчення того, як родопсини можуть зменшити ефект старіння у дріжджах. Інші дослідники вже почали використовувати подібні нові дріжджі, що працюють на сонячній енергії, для вивчення прогресивного біовиробництва, що може означати значні покращення у таких галузях, як синтез біопалива.
Реткліфф та його група, однак, в основному прагнуть вивчити, як ця додаткова перевага може вплинути на шлях одноклітинних дріжджів до багатоклітинного організму.