Current Biology: Созданы дрожжи, питающиеся светом

Возможно, вы знаете дрожжи как организм, который превращает углеводы в хлеб и пиво, если оставить их бродить в темноте. В таких случаях воздействие света может помешать или даже испортить процесс.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Current Biology, ученые из Школы биологических наук Технологического института Джорджии создали один из первых в мире штаммов дрожжей, которые от включенного света только счастливы.

Мы были откровенно потрясены тем, насколько просто превратить дрожжи в фототрофов (организмы, способные получать и использовать энергию света), — говорит Энтони Бурнетти, научный сотрудник лаборатории доцента Уильяма Рэтклиффа и соавтор исследования.

Все, что нам нужно было сделать, — это переместить один-единственный ген, и они стали расти на свету на 2% быстрее, чем в темноте». Без всякой тонкой настройки или тщательного уговаривания, это просто сработало.

Простое наделение дрожжей столь важным с эволюционной точки зрения признаком может иметь большое значение для нашего понимания того, как этот признак возник, и как его можно использовать для изучения таких вещей, как производство биотоплива, эволюция и клеточное старение.

В поисках энергетической подпитки

Исследование было вдохновлено работой группы по изучению эволюции многоклеточной жизни. В прошлом году группа опубликовала в журнале Nature первый отчет об эксперименте Multicellularity Long-Term Evolution Experiment (MuLTEE), раскрыв, как их одноклеточный модельный организм, «дрожжи-снежинки», смог развить многоклеточность за 3 000 поколений.

На протяжении всех этих эволюционных экспериментов обнаружилось одно серьезное ограничение для эволюции многоклеточных: энергия.

Кислород с трудом проникает глубоко в ткани, и в результате вы получаете ткани, лишенные возможности получать энергию, — говорит Бурнетти.

Я искал способы обойти это энергетическое ограничение на основе кислорода.

Один из способов дать организмам энергетическую подпитку без использования кислорода — это свет. Но способность превращать свет в полезную энергию может быть сложной с эволюционной точки зрения. Например, молекулярный механизм, позволяющий растениям использовать свет для получения энергии, включает в себя множество генов и белков, которые сложно синтезировать и передать другим организмам — как в лаборатории, так и естественным путем в ходе эволюции.

К счастью, растения — не единственные организмы, способные преобразовывать свет в энергию.

Проще простого

Более простой способ использования света организмами — это родопсины: белки, которые могут преобразовывать свет в энергию без дополнительных клеточных механизмов.

Родопсины встречаются по всему древу жизни и, по-видимому, приобретаются организмами, получающими гены друг от друга в ходе эволюции, — говорит Осень Петерсон, аспирант биологического факультета, работающий с Рэтклиффом, и ведущий автор исследования.

Такой тип генетического обмена называется горизонтальным переносом генов и подразумевает обмен генетической информацией между организмами, которые не являются близкими родственниками. Горизонтальный перенос генов может привести к, казалось бы, большим эволюционным скачкам за короткое время, например, к тому, что бактерии быстро развивают устойчивость к определенным антибиотикам. Это может происходить с любыми видами генетической информации, но особенно часто происходит с белками родопсина.

В процессе поиска способа переноса родопсинов в многоклеточные дрожжи, — объясняет Бурнетти, — мы обнаружили, что можем узнать о горизонтальном переносе родопсинов, который происходил в ходе эволюции в прошлом, перенеся их в обычные одноклеточные дрожжи, где они никогда раньше не встречались.

Чтобы проверить, удастся ли создать одноклеточный организм с родопсином, работающим на солнечной энергии, исследователи добавили ген родопсина, синтезированный из паразитического грибка, в обычные пекарские дрожжи. Этот специфический ген кодирует форму родопсина, которая вставляется в вакуоль клетки — часть клетки, которая, как и митохондрии, может превращать химические градиенты, создаваемые белками, подобными родопсину, в энергию.

Оснащенные вакуольным родопсином, дрожжи росли примерно на 2% быстрее при освещении — огромное преимущество с точки зрения эволюции.

У нас есть один-единственный ген, и мы просто перебрасываем его через контекст в род, который никогда раньше не был фототрофом, и он просто работает, — говорит Бурнетти.

Это говорит о том, что подобной системе действительно легко, по крайней мере иногда, выполнять свою работу в новом организме.

Эта простота дает ключевое представление об эволюции и многое говорит о том, «с какой легкостью родопсины смогли распространиться по столь многим линиям и почему это может быть так», — объясняет Петерсон, которая недавно получила за свою работу стипендию Гиллиама Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI). Карина Баскетт, автор грантов Центра динамики микроорганизмов и инфекций Технологического института Джорджии, также работала над этим исследованием.

Поскольку функция вакуолей может способствовать клеточному старению, группа также начала сотрудничество для изучения того, как родопсины могут уменьшить эффект старения в дрожжах. Другие исследователи уже начали использовать подобные новые дрожжи, работающие на солнечной энергии, для изучения прогрессивного биопроизводства, что может означать значительные улучшения в таких областях, как синтез биотоплива.

Рэтклифф и его группа, однако, в основном стремятся изучить, как это дополнительное преимущество может повлиять на путь одноклеточных дрожжей к многоклеточному организму.

У нас есть прекрасная модельная система простой многоклеточности, — заключает Бернетти, имея в виду длительный эксперимент Multicellularity Long-Term Evolution Experiment (MuLTEE).

Мы хотим дать ей фототрофию и посмотреть, как это изменит ее эволюцию.

12.01.2024


Подписаться в Telegram



Биосфера

Evolution: Островные летучие мыши одного вида эволюционируют по-разному
Evolution: Островные летучие мыши одного вида эволюционируют по-разному

Исследователь из Мельбурнского университе...

New Phytologist: Сети прожилок на листьях появились 201 млн лет назад
New Phytologist: Сети прожилок на листьях появились 201 млн лет назад

По мнению исследовательской группы под ру...

Science: Облик будущих партнеров запечатлен у бабочек Heliconius в генах
Science: Облик будущих партнеров запечатлен у бабочек Heliconius в генах

Тропические бабочки Heliconius хорошо известны...

Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды

В новом исследовании неврологи показали, как&n...

Ecology: Японские медведи в поисках пищи разоряют лесопосадки
Ecology: Японские медведи в поисках пищи разоряют лесопосадки

Бурые медведи, добывающие пищу на полуост...

Nature: Стволовые клетки растений подскажут, как развивается рак
Nature: Стволовые клетки растений подскажут, как развивается рак

Крошечный корень растения толщиной не бол...

Animal Behaviour: Козы по голосу определяют, злой хозяин или добрый
Animal Behaviour: Козы по голосу определяют, злой хозяин или добрый

Козы могут отличить счастливого человека от&nb...

Current Biology: Сумчатая мышь из Австралии жертвует сном ради секса
Current Biology: Сумчатая мышь из Австралии жертвует сном ради секса

Всем живым существам необходим сон. Когда люди...

Current Biology: Одомашнивание растений влияет на их микробиом
Current Biology: Одомашнивание растений влияет на их микробиом

Новое исследование, проведенное под руков...

Journal of the Geological Society: В окаменелостях нашли ключевые следы эволюции
Journal of the Geological Society: В окаменелостях нашли ключевые следы эволюции

Исследование, проведенное под руководство...

Current Biology: Созданы дрожжи, питающиеся светом
Current Biology: Созданы дрожжи, питающиеся светом

Возможно, вы знаете дрожжи как орган...

Nature Ecology & Evolution: Ученые секвенировали первый геном из класса Myxini
Nature Ecology & Evolution: Ученые секвенировали первый геном из класса Myxini

Международному научному коллективу, состоящему...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Evolution: Островные летучие мыши одного вида эволюционируют по-разному
Evolution: Островные летучие мыши одного вида эволюционируют по-разному
EGU: 41 000 лет назад атмосферу Земли пронзили космические лучи
EGU: 41 000 лет назад атмосферу Земли пронзили космические лучи
Созданы чернила для 3D-печати гибких устройств без механических соединений
Созданы чернила для 3D-печати гибких устройств без механических соединений
Исследователи изучают влияние сольватации и валентности ионов на металлополимеры
Исследователи изучают влияние сольватации и валентности ионов на металлополимеры
New Phytologist: Сети прожилок на листьях появились 201 млн лет назад
New Phytologist: Сети прожилок на листьях появились 201 млн лет назад
«Литнет» выяснил, что привлекает читателей в книгах о космосе
«Литнет» выяснил, что привлекает читателей в книгах о космосе
Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр
Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр
New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз
New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз
Инженеры создают более выгодную сеть для распределения солнечной энергии
Инженеры создают более выгодную сеть для распределения солнечной энергии
ACS Nano: Зубы нутрий и бобров помогут ученым вывести формулу совершенной эмали
ACS Nano: Зубы нутрий и бобров помогут ученым вывести формулу совершенной эмали
JSPR: Между кортизолом и социальной поддержкой в семейных парах нашли связь
JSPR: Между кортизолом и социальной поддержкой в семейных парах нашли связь
GBE: ДНК древних пингвинов Адели выявило повторы возрастом сотни миллионов лет
GBE: ДНК древних пингвинов Адели выявило повторы возрастом сотни миллионов лет
IC: Исследователи тестируют биологическую безвредность нейроморфной сети
IC: Исследователи тестируют биологическую безвредность нейроморфной сети
EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент
EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент
Шёнингенские копья доказали: 300 000 лет назад древесина была важнейшим сырьем
Шёнингенские копья доказали: 300 000 лет назад древесина была важнейшим сырьем

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса