Игорь Лалаянц О возможности существенного прогресса в области использования даровой солнечной энергии сообщили ученые университета им. Вашингтона в г. Сент-Луисе. Они разработали клеточную модель простейшей сине-зеленой морской водоросли цианотеки, которая вот уже три миллиарда лет успешно использует энергию солнечных фотонов для фотосинтеза и усвоения атмосферного азота. Человечество на этот же процесс, фиксацию азота, тратит гигантские количества гигакалорий на заводах по производству аммиака.
Цианотека замечательна тем, что осуществляет оба процесса в одной «камере»-химреакторе, переключая с точностью хронометра фотосинтез на усвоение азота каждые 12 часов. Днем на свету она с помощью гигантского фермента «Рубиско» (RubisCO) улавливает СО2, производя сахар; а ночью – за счет энергии окисления накопленной глюкозы – фиксирует азот с помощью нитрогеназы. Исследователям важно понять, какие гены включают и выключают фотосинтез и другие важные энергетические процессы. Это позволит использовать цианобактерии в качестве возобновляемого источника энергии и крайне необходимых азотсодержащих продуктов.
Компьютерная модель создана на основе генома Суаnothece, расшифрованного в 2008 году. В ходе лабораторных экспериментов был получен похожий на венок график включения генов на протяжении 24-часового цикла, в центре которого установлен переключатель «Свет/Темнота». Оказалось, что многие из генов работают на протяжении определенных часов.
Сотрудники университета полагают, что периодически включающиеся гены вовлечены в сходные процессы фотосинтеза и усвоения азота. Выявлены сложные цепи и пути, позволяющие водорослевым клеткам переключаться с одного на другое. Например, ген раt B участвует в синтезе нитрогеназы, и при его выключении интенсивность процесса падает на 80%. Ген же CCE является ключевым при создании молекул «РубисСО», и при его мутации содержание фермента падает на 60%.
Естественно, что основная «плотность» генов приходится на 6 и 12 часов «венка». Выявлены также и основные гены «бутылочных горлышек», активность которых определяет динамику процессов. Но функция 11 из 25 таких «топовых» генов все еще неизвестна.
Опыты эти требуют времени и средств, причем немалых. Поэтому компьютерщики надеются в ходе моделирования-«симуляции» все же определить недостающие параметры процесса. Этому помогает циклическая природа генной активности и взаимодействий в геноме. Роль генов проявляется, например, более отчетливо при гипоксии, то есть при снижении содержания кислорода, который необходим при окислении глюкозы. Оно дает энергию для фиксации азота, для чего необходимо включать процесс синтеза фермента нитрогеназы. Так постепенно водоросль выдает свои сокровенные тайны.
