Pesquisadores lançam nova luz sobre os carboxissomos em uma descoberta importante que pode impulsionar a fotossíntese
A equipe de pesquisa utilizou a microscopia crioeletrônica de partícula única para determinar a estrutura da casca intacta e caracterizar a arquitetura geral do padrão de montagem de quatro camadas do α-carboxissomo de Prochlorococcus. Crédito:HKUST Uma equipe de pesquisa liderada pela Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong (HKUST) descobriu como funcionam os carboxossomos – estruturas de fixação de carbono encontradas em algumas bactérias e algas. A descoberta poderá ajudar os cientistas a redesenhar e reaproveitar as estruturas para permitir que as plantas convertam a luz solar em mais energia, abrindo caminho para uma melhor eficiência da fotossíntese, aumentando potencialmente o abastecimento global de alimentos e mitigando o aquecimento global.
Carboxissomos são pequenos compartimentos em certas bactérias e algas que envolvem enzimas específicas em uma concha feita de proteínas. Eles realizam a fixação de carbono, que é o processo de conversão do dióxido de carbono da atmosfera em compostos orgânicos que podem ser utilizados pela célula para crescimento e energia. Os cientistas têm tentado descobrir como estes compartimentos se unem.
Em sua pesquisa mais recente, a equipe liderada pelo Prof. Zeng Qinglu, Professor Associado do Departamento de Ciência Oceânica da HKUST, mostrou a arquitetura geral dos carboxossomos purificados de um tipo de bactéria chamada Proclorococo.
Em colaboração com o professor Zhou Cong-Zhao, da Escola de Ciências da Vida da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, a equipe superou uma das maiores dificuldades técnicas na quebra e contaminação celular, que impediria a purificação adequada dos carboxossomos. A equipe também propõe um modelo completo de montagem de α-carboxissomo, que não foi observado em estudos anteriores.
A pesquisa deles foi publicada na revista Nature Plants .
A equipe utilizou especificamente microscopia crioeletrônica de partícula única para determinar a estrutura do α-carboxissomo e caracterizar o padrão de montagem do invólucro da proteína, que se parece com uma forma de 20 lados com proteínas específicas dispostas em sua superfície. Para obter a estrutura do α-carboxissomo mínimo com um diâmetro de 86 nm, eles coletaram mais de 23.400 imagens tiradas do microscópio no HKUST Biological Cryo-EM Center e selecionaram manualmente cerca de 32.000 partículas de α-carboxissomo intactas para análise.
No interior, as enzimas RuBisCO estão dispostas em três camadas concêntricas, e a equipe de pesquisa também descobriu que uma proteína chamada CsoS2 ajuda a manter tudo unido dentro da casca. Finalmente, as descobertas sugerem que os carboxossomas são unidos de fora para dentro. Isto significa que a superfície interna da casca é reforçada por certas partes da proteína CsoS2, enquanto outras partes da proteína atraem as enzimas RuBisCO e as organizam em camadas.
O modelo de automontagem do α-carboxissomo de Prochlorococcus. Crédito:HKUST
Uma das aplicações mais promissoras do carboxossomo é na biologia sintética de plantas, por meio da qual a introdução do carboxossomo nos cloroplastos das plantas como o CO2 -o mecanismo de concentração pode melhorar a eficiência fotossintética e o rendimento das culturas.
“Nosso estudo revela o mistério da montagem do α-carboxissomo do Prochlorococcus, fornecendo assim novos insights sobre o ciclo global do carbono”, diz o Prof.
As descobertas também serão importantes para desacelerar o aquecimento global, explica ele, já que as cianobactérias marinhas fixam 25% do CO2 global. . "Nossa compreensão do CO2 mecanismo de fixação de cianobactérias marinhas nos permitirá melhorar seu CO2 taxa de fixação para que mais CO2 pode ser removido da atmosfera", diz ele.
Após este estudo, a equipe planeja introduzir o α-carboxissomo de Prochlorococcus nos cloroplastos das plantas e investigar se o α-carboxissomo mínimo pode melhorar a eficiência fotossintética nas plantas. Eles também planejam modificar os genes do carboxossomo e produzir supercianobactérias geneticamente modificadas que são capazes de fixar dióxido de carbono em taxas muito altas, o que pode ser capaz de desacelerar o aquecimento global.
