Біологи вважали, що тільки бактерії можуть захоплювати азот з атмосфери та переводити його у форму, придатну для життя. Рослини, що фіксують азот, наприклад бобові, роблять це саме внаслідок вмісту симбіотичних бактерій у кореневих бульбах. Але недавнє відкриття спростувало це переконання. Міжнародна група вчених описала першу відому азотфіксуючу органелу у клітинах водоростей. Відкриття структури, яка називається нітропластом, може допомогти в генетичній інженерії. У перспективі рослини можна буде перетворити те, щоб вони фіксували власний азот. Це підвищить урожайність сільськогосподарських культур та знизить потребу у добривах.
У 2012 році вчені з’ясували, що морські водорості Braarudosphaera bigelowii тісно взаємодіють із бактерією під назвою UCYN-A. Передбачалося, що вона жила всередині чи клітинах цих водоростей. Дослідники висунули гіпотезу, що UCYN-A перетворює газоподібний азот на сполуки, які водорості використовують для росту, такі як аміак. Натомість бактерії отримували б вуглецеве джерело енергії з водоростей.
Але в новому дослідженні біологи дійшли висновку, що UCYN-A слід класифікувати як органели всередині водоростей, а не окремий організм. Згідно з генетичним аналізом попереднього дослідження, предки водоростей та бактерій вступили в симбіотичні відносини близько 100 млн років тому. Зрештою, бактерія еволюціонувала до нітропластної органели, яка зараз спостерігається у водоростей B. bigelowii.
Дослідники використовують два критерії, щоб вирішити, чи стала бактеріальна клітина органелою у клітині-господарі. По-перше, клітинна структура, що розглядається, повинна передаватися з покоління в покоління клітини-господаря. По-друге, структура повинна залежати від білків, вироблених клітиною-господарем, а чи не від власних генів.
Вивчивши десятки клітин водоростей різних стадій клітинного поділу, команда виявила, що нітропласт ділиться на частини безпосередньо перед тим, як ділиться вся клітина водорості. Таким чином, один нітропласт передається від батьківської клітини до її потомства, як це відбувається з іншими клітинними структурами. Далі вчені з’ясували, що нітропласт отримує необхідні для зростання білки з більшої клітини водорості. Сам же нітропласт, що займає понад 8% об’єму клітини-господаря, не має генів, що кодують білки, необхідні для фотосинтезу та синтезу ДНК. Виходить, нітропласт відповідає обом критеріям органели.
Розуміння того, як нітропласт взаємодіє з клітиною-господарем, може допомогти у розробці культур, здатних фіксувати власний азот. Потреба в азотних добривах знизиться, а отже, скоротиться шкода навколишньому середовищу, яку вони завдають.
Фахівець із симбіотичних бактерій з Університету імені Генріха Гейне Єва Новак вважає, що брак азоту — один з головних факторів, що обмежують урожайність сільськогосподарських культур. Поява азотфіксуючої органели в рослинах стала б революційним проривом, але його реалізація пов’язана із серйозними труднощами. Необхідно буде створити рослинні клітини, що містять генетичний матеріал нітропластів, і при цьому забезпечити стабільну передачу цих генів із покоління до покоління, що є непростим завданням.