Ученые изучат цианобактерии

Словосочетание «мировое сельское хозяйство» вызывает в воображении множество образов: бесконечные поля стеблей кукурузы, янтарные волны пшеницы, пустыни Африки… Африки? В то время как обычно с ней ассоциируются засуха и пустынный ландшафт, ученые из Университета Вашингтона (штат Миссури, США) пытаются создать сорта культур, самостоятельно обеспечивающие себя удобрениями. В случае успеха подобные сорта в конечном итоге превратят Сахару в море зелени.

Недавно Национальный научный фонд США выделил профессорам Химадри Пакраси (Himadri B. Pakrasi) и Костас Маранас (Costas D. Maranas) грант в размере 1,2 млн. долл., который ученые надеются потратить на детальное изучение работы цианобактерий.

Вот уже более века фермеры по всему миру полагаются на химические удобрения, позволяющие собирать богатые урожаи с полей. Однако производство удобрений не только энергозатратно, но и сопровождается выбросами парниковых газов в атмосферу. Кроме того, вымываемые осадками азотсодержащие удобрения в итоге наносят большой вред окружающей среде. Кажущимся решением данной проблемы является создание генетически модифицированных культур, производящих фиксацию атмосферного азота.

Однако на деле данная задача весьма не проста. Дело в том, что фиксация азота невозможна в большинстве фотосинтезирующих организмах, поскольку в процессе фотосинтеза вырабатывается кислород, несовместимый с нитрогеназой — ферментом, отвечающим за азотную фиксацию. Уникальными в этом плане являются цианобактерии, обладающие 24-часовым циркадным ритмом, аналогичным человеческому. В итоге данные бактерии днем производят фотосинтез, а ночью включается механизм фиксации атмосферного азота.

Ученые уже долгое время изучают эти голубовато-зеленых существ, однако до сих пор не имеют детального понимания того, как циркадный ритм цианобактерий позволяет последним приспособить свой метаболизм к фотосинтезу и фиксации азота в пределах одной клетки. С последними достижениями в области генной инженерии лаборатории Химадри Пакраси и Костаса Маранаса надеются исправить этот пробел. Сперва команда Химадри Пакраси проведет серию генетических модификаций цианобактерий и соберет новые данные. После этого лаборатория Костаса Маранаса разработает прогнозную модель внутренних механизмов цианобактерий.

По словам Химадри Пакраси несмотря на длительность работы данное исследование необходимо для успешной борьбы с глобальными климатическими изменениями в мире.