Дослідники з Технологічного інституту Джорджії створили вид дріжджів, який використовує в якості джерела енергії, не цукор, а світло. Такі дріжджі більше схожі на рослини або фотосинтезуючі бактерії.
Дріжджі люблять вуглеводи. Вони живуть шляхом бродіння цукрів і крохмалю, наприклад, у винограді або тісті. А в результаті ми їмо м’який хліб і п’ємо вино. Дослідники з Технологічного інституту Джорджії створили вид дріжджів, який використовує в якості джерела енергії, не цукор, а світло. Такі дріжджі більше схожі на рослини. Адже рослини за допомогою фотосинтезу вміють безпосередньо використовувати світло для створення вуглеводів.
Для перетворення вуглекислого газу в цукри, які служать паливом для життя на землі, рослини покладаються на білковий комплекс, що включає хлорофіл. Цей комплекс використовується для перенесення електронів і протонів, які здійснюють хімічні реакції і передають енергію. Дослідники багатьох країн вже багато років працюють над відтворенням фотосинтезу, наприклад, щоб використовувати світло як джерело енергії для сонячних батарей.
Але для того, щоб хлорофіл виконував свою роботу, він повинен взаємодіяти з безліччю інших молекул. Мабуть, цей комплекс не оптимальний з точки зору виробництва енергії і склався досить випадково в ході еволюції. Нема потреби відтворювати його штучно. Є простіші і не менш ефективні шляхи отримання енергії зі світла. І в природі вони реалізовані, але не у рослин, а у бактерій.
- Чи можна вбити вірус ультрафіолетом?
- Учені омолодили клітини шкіри на 30 років
- Лікарка пояснила, чим деменція відрізняється від хвороби Альцгеймера
Генетики з Технологічного інституту Джорджії для своєї версії фотосинтезу вибрали родопсин-білок, який не вимагає такої складної хімічної підтримки, як хлорофіл. До такого рішення прийшла і природа: бактерії, морські водорості і навіть віруси водоростей використовують родопсин для перетворення світла в корисну енергію.
Дослідники ввели ген родопсину, що належить до морської бактерії, у пивні дріжджі (Saccharomyces cerevisiae) у чашці Петрі. Вчені сподівалися, що родопсин потрапить у вакуоль дріжджів — наповнений ферментами мішок, в якому відбувається руйнування непотрібних білків. Основне джерело енергії клітини – молекула аденозинтрифосфат (АТФ) — підживлює цей процес, нагнітаючи протони в вакуоль, щоб зробити її внутрішнє середовище кислим — оптимальним для розпаду. Вчені використовували родопсин кукурудзяної парші, грибкового патогену. І він успішно проник у вакуоль.
Щоб перевірити роботу родопсину, вчені виростили новий штам в тій же чашці, де були і оригінальні, незмінені дріжджі, і піддали обидва види дріжджів впливу зеленого світла, до якого родопсин найбільш чутливий. Клітини світлочутливого штаму жили менше, але розмножувалися швидше на 0,8%. Це “величезна перевага”, – кажуть вчені. Фактично родопсин дав світлочутливим дріжджам вирішальну конкурентну перевагу, і вони, в кінцевому підсумку, повинні замінити незмінені клітини так само, як мільйони років тому фотосинтезуючі організми потіснили на землі своїх конкурентів.
У світлочутливих дріжджах світло спонукає родопсин перекачувати більше протонів у вакуоль. Клітинам не потрібно витрачати АТФ на це завдання. Тим самим більше енергії залишається для їх зростання. Підвищення кислотності всередині вакуолі призводить до її зниження за межами вакуолі, змушуючи ферменти працювати швидше і швидше зношуватися. В результаті клітини швидше ростуть, розмножуються і гинуть.
Центром виробництво АТФ в клітинах є мітохондрії — свого роду внутрішньоклітинні «електростанції». Вчені задалися питанням: а що буде, якщо доставити родопсин в мітохондрії? Ймовірно, вони зможуть безпосередньо перетворювати світло в енергію, і стануть просто неймовірно енергоефективними. Перспективи, які відкриваються в цьому випадку, в тому числі і для створення «живих» сонячних батарей — захоплюючі. Цим вчені і збираються зайнятися в наступному експерименті.