Таинственная пустынная бактерия развила уникальную способность к фотосинтезу

Фотосинтез буквально изменил наш мир. Растения, "питающиеся" солнечным светом и "выдыхающие" кислород, превратили всю атмосферу Земли в ту, которой мы сейчас дышим, и обеспечили энергией наши экосистемы.

Теперь исследователи поймали хитрый вид бактерий с украденной технологией фотосинтеза. И их молекулярное, пожирающее свет устройство не похоже ни на одно из тех, что мы когда-либо видели.

"Архитектура комплекса очень элегантна. Настоящий шедевр природы", - говорит Михал Коблизек из Института микробиологии Чешской академии наук. "Он обладает не только хорошей структурной стабильностью, но и большой эффективностью сбора света".

Хотя мы уже знаем множество фотосинтезирующих бактерий, то, что происходит внутри обитателя пустыни Гоби Gemmatimonas phototrophica, уникально. 

Когда-то в ходе своей истории эта бактерия украла целый набор генов, связанных с фотосинтезом, у более древней протеобактерии - совершенно другого филума бактерий.

Это демонстрирует возможности горизонтального переноса генов бактерий (печально известных тем, что они легко распространяют устойчивость к антибиотикам), позволяя совершенно другому типу организмов получить способность питаться солнечным светом.

Этот новый для науки, высокостабильный, захватывающий солнечный свет комплекс молекул имеет центральный реакционный центр, внутреннее кольцо, захватывающее солнечный свет, которое ранее встречалось у других бактерий, и новый тип внешнего кольца.

Вместе эти три компонента делают его больше, чем ранее описанные фотосинтезирующие комплексы.

Внешние кольца захватывают солнечный свет, причем дополнительное кольцо добавляет полосы поглощения 800 и 816 нм к поглощению 868 нм внутреннего кольца. Затем они направляют захваченные фотоны вниз к реакционному центру, где находятся хромофоры, подобные зеленым пигментам хлорофилла в растениях.

Именно здесь происходит фотосинтез. Уловленный солнечный свет возбуждает хромофоры, заставляя их передавать свои электроны по пути, который побуждает атомы воды к серии реакций с использованием углекислого газа для получения сахаров.

Частицы света становятся частью энергии связи, которая связывает молекулы сахара вместе - те самые, которые мы, животные, можем затем расщепить, чтобы получить энергию.

Реакционный центр G. phototrophica похож на те, что встречаются у протеобактерий, и имеет те же хромофоры, что и у пурпурных бактерий, питающихся солнечным светом. Однако он отличается от других известных реакционных центров уникальным расположением стабилизирующих молекул.

Хотя для создания этой фотосинтезирующей структуры требуется больше энергии, чем для других, более известных типов, объясняют исследователи, "это может быть компенсировано ее необычайной стабильностью, а прочность... комплекса, вероятно, представляет собой эволюционное преимущество".

"Это структурное и функциональное исследование имеет захватывающие последствия, поскольку показывает, что G. phototrophica независимо эволюционировала свою собственную компактную, прочную и высокоэффективную архитектуру для сбора и улавливания солнечной энергии, - говорит структурный биолог Пу Цянь из Шеффилдского университета.

В один прекрасный день мы, в свою очередь, возможно, также сможем украсть древние секреты фотосинтеза G. phototrophica, чтобы построить будущее синтетической биологии, работающей на солнечной энергии".

Это исследование было опубликовано в журнале Science Advances.