Kako skromni hornwort može transformisati poljoprivredu: nova strategija za efikasniji rubisko

Glavni razlog zbog kojeg čitate ovaj tekst je jedan ključan enzim: ribuloza-1,5-bisfosfat karboksilaza/oksigenaza, poznatija kao rubisko. Taj protein omogućava fotosintezu i bez njega život kakav poznajemo ne bi bio moguć.

Ipak, rubisko je prilično neefikasno. Enzim pretvara CO2 u šećere, ali često „greši“ i reaguje sa kiseonikom, što stvara toksične sporedne proizvode, troši energiju i ograničava brzinu rasta biljaka. Problem se pogoršava s porastom temperature — rubisko postaje još manje selektivan na višim temperaturama.

Rešenje iz neočekivanog izvora

Hornwort, mala kopnena biljka srodna mahovinama koja raste kao zeleni tepih po tlu, jedina je poznata kopnena vrsta koja je evoluirala mehanizam za koncentrisanje CO2 oko rubiska. Taj sistem podseća na pirenoide u algama, specijalizovane membranske/bezmembranske komore u hloroplastima koje fokusiraju CO2 na sam enzim i time smanjuju neželjenu reakciju sa kiseonikom.

Otkriven protein RbcS-STAR

Međunarodni tim naučnika identifikovao je jedinstvenu varijantu male podjedinice rubiska (RbcS) koju su nazvali RbcS-STAR. Ta verzija nosi dodatni „rep“ koji omogućava molekulima rubiska da se vezuju jedan za drugi i formiraju gustu strukturu — pirenoidne ili pirenoidu slične kondenzate — unutar kojih se CO2 može koncentrisati.

U eksperimentima, istraživači su ubacili RbcS-STAR u srodnu vrstu hornworta koja prirodno nema pirenoide i u model biljku Arabidopsis thaliana. U oba slučaja molekuli rubiska su se reorganizovali i formirali pirenoidu-slične strukture, što je važan korak ka inženjeringu fotosinteze kod kultura.

„Formiraju se pirenoidne strukture, i to će biti važan korak ka inženjeringu bolje fotosinteze koristeći ovaj tip CO2‑koncentrišućeg mehanizma,“ rekao je Fay‑Wei Li, koautor rada.

Potencijalni efekti za poljoprivredu

Ako se ovaj pristup uspešno prenese na useve, mogao bi značajno da poveća prinose — autori rada navode procene do 60% većeg prinosa u optimalnim uslovima — i da smanji potrebu za veštačkim đubrivima i navodnjavanjem. Manje otvoreni stomati značilo bi smanjeni gubitak vode isparavanjem, dok efikasniji rubisko može smanjiti količinu proteina koju biljke moraju sintetisati, pa time i potrebu za azotnim đubrivima.

Međutim, trenutno su naučnici samo „sagradili kuću“ za rubisko — strukturu koja može da drži enzim na jednom mestu. Još uvek nedostaje funkcionalni sistem koji će aktivno pumpati CO2 u te komore (slično HVAC‑u) i efikasno izdvajati proizvode fotosinteze.

Ograničenja i izazovi

• Do sada su pokazani strukturalni efekti (formiranje pirenoida), ali ne i potpuna funkcionalnost CO2‑pumpe u kulturama.
• Transfer u poljoprivredne vrste zahteva dodatne genetske komponente, testiranje stabilnosti i procenu uticaja na rast u poljskim uslovima.
• Regulatorni procesi, biosigurnost i ekonomska isplativost primene u velikom obimu ostaju otvorena pitanja.

Ipak, istraživači su optimistični: mnogi stručnjaci očekuju da bi, uz dalji napredak, prve primenljive koristi za useve mogle da se pojave u roku od približno deset godina.

Zašto druge biljke nisu razvile isti sistem? Alge su razvile pirenoide zbog loše rastvorljivosti CO2 u vodi. Kod kopnenih biljaka je evolucioni pritisak bio drugačiji — rubisko se razvijao u erama sa drugačijim sastavom atmosfere, a pojava pirenoida kod hornworta verovatno je lokalna, specifična adaptacija.

Zaključak

Otkriće RbcS‑STAR i reprodukcija pirenoidnih struktura u model biljkama predstavlja značajan korak u pravcu inženjeringa fotosinteze. Ako se uspešno nadogradi i implementira u useve, može doneti veće prinose i smanjenje pritiska na prirodne resurse — ali ključni tehnički i regulatorni izazovi i dalje postoje.

Izvor: adaptirano iz izveštaja Grist i koautorskih naučnih radova; tekst je uredno prerađen i prilagođen srpskom jeziku.