Рубиско – это фермент, который играет центральную роль в процессе фотосинтеза. Полное название: рибулозо-1,5-бисфосфат карбоксилаза/оксигеназа. Он отвечает за первую стадию утилизации углекислого газа (CO₂) в цикле Кальвина.
Расскажу про попытки улучшить Рубиско и создать «идеальный фотосинтез»🌍🔬
🧬 1. Почему хотят изменить Рубиско?
Несмотря на его важность, у него есть слабости:
- ✅ Фиксирует CO₂ — отлично!
- ❌ Медленный: всего 3–10 молекул в секунду
- ❌ Ошибается: при жаре связывает O₂ вместо CO₂ → теряется энергия (фотодыхание)
💡 Если бы он работал хотя бы на 20% эффективнее — растения могли бы расти быстрее, давать больше урожая и поглощать больше CO₂ из атмосферы.
🔬 2. Генная инженерия против фотореспирации
Учёные по всему миру пробуют:
🔹 Встроить более эффективные формы Рубиско из цианобактерий или водорослей в растения
➡️ Проблема: эти версии работают лучше… но плохо "встраиваются" в метаболизм высших растений.
🔹 Создать шунты для переработки побочных продуктов фотодыхания
👉 Проект "Редукция фотореспирации" (RIPE Project)
— Исследователи из Университета Иллинойса внедрили альтернативные пути переработки гликолята (ядовитого продукта фотодыхания) напрямую внутри хлоропласта.
✅ Результат?
Трансгенные табак и соя показали до 40% увеличения биомассы! Это огромный успех!
🌱 Теперь они тестируют эту технологию на пищевых культурах: рисе, картофеле, бананах.
🌀 3. Создание «C2-C4 промежуточного типа» или даже C6?
Мечта ученых — сделать C3-растения (например, пшеницу) похожими на C4…
🔹 Как это работает?
C4 используют специальные клетки для концентрации CO₂ рядом с Рубискo → почти нет ошибок!
🎯 Цель: "включить" подобную систему у пшеницы или риса через модификацию генов.
🔸 Уже найдены ключевые гены – пока эксперименты на ранней стадии.
🔸 Если получится – можно получить засухоустойчивые культуры с высокой урожайностью даже в условиях потепления.
💡 4. Искусственный фотосинтез?
А что если… обойтись без хлорофилла вообще?
🔬 Учёные разрабатывают:
- Химические системы ("синтетический лист")
→ Используют катализаторы вместо ферментов, чтобы превращать CO₂+ H₂O → углеводы + O² под светом
🔋 Преимущества:
— Не зависит от живого организма
— Может работать днём и ночью при искусственном свете
— Возможность производить топливо или питательные вещества где угодно
🧪 Пока КПД ниже натурального фотосинтеза... но прогресс есть!
🧫 Другая идея: учёные пытаются найти способ доставить больше CO₂ прямо к Рубиско — сердцу фотосинтетического пути.
Один из возможных подходов — с помощью симбиозных бактерий, живущих внутри листьев растений. Допустим, эти бактерии могут поглощать CO₂ из окружающей среды и перерабатывать его внутри себя до формы, удобной для Рубиско.
С помощью генной инженерии учёные мечтают включить такую способность в растение.
🌐 Зачем всё это нужно?
✔️ Борьба с изменением климата → более эффективное связывание CO₂
✔️ Обеспечение продовольствием при росте населения (~10 млрд к 2050 году)
✔️ Снижение площадей под поля за счёт повышения продуктивности
🌱 Представьте себе мир, где один куст томатов дает столько же плодов, сколько сейчас целый участок… Благодаря правке одного маленького белка — Рубиско! 🍅
✅ Если учёным действительно удастся добиться успехов в этих направлениях, наш мир изменится:
- Мы будем лучше контролировать изменение климата и использовать CO₂ в качестве биомассы и топлива.
- Произойдет настоящая революция в культивировании мяса.
- Пищевая проблема уйдёт навсегда и, возможно, мы избавимся от голода как явления вообще.