Исследователи ФИЦ Биотехнологии РАН вместе с коллегами из научных учреждений России и Китая расшифровали трехмерную структуру комплекса LH2 — светособирающей антенны пурпурной серной бактерии Ectothiorhodospira haloalkaliphila с нарушенным биосинтезом окрашенных каротиноидов. Изучение таких молекулярных машин помимо фундаментальной значимости может стать основой для разработки искусственных систем сбора солнечной энергии. Исследование опубликовано в журнале FEBS Letters.
Фотосинтезирующие организмы, к которым относятся пурпурные бактерии, используют энергию света для производства органических веществ. Молекулярный мембранный комплекс для улавливания и передачи энергии у бактерий устроен проще, чем у растений, что делает эти микроорганизмы удобной моделью для структурного и функционального исследования фотосинтезирующего аппарата.
Ученые ФИЦ Биотехнологии РАН совместно с сотрудниками Института фундаментальных биологических проблем РАН, Курчатовского института, а также Шэнчжэньского института передовых технологий (SIAT) установили структуру антенны LH2, полученную из пурпурной бактерии, в которой был искусственно нарушен синтез окрашенных пигментов-каротиноидов.
«Каротиноиды играют важную роль в работе бактериальных антенных комплексов, обеспечивая целостность их структуры, поглощение энергии определенных длин волн и фотозащиту. В наших руках была уникальная бактерия Ectothiorhodospira haloalkaliphila, для которой возможно практически полностью ингибировать синтез окрашенных каротиноидов, при этом бактерия сохраняет свои антенные комплексы. Комплексы LH2, выделенные в таких условиях, обладали существенно другими спектральными характеристиками, поэтому изучение их пространственного строения представляло научный интерес», — рассказал соавтор работы Александр Ашихмин, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник и заведующий лабораторией молекулярной организации фотосинтетического аппарата Института фундаментальных проблем биологии РАН.
«Все известные структуры антенных комплексов различных пурпурных бактерий содержат окрашенные каротиноиды. Однако комплексы, в строении которых таких каротиноидов нет, еще не встречались. Ранее нам удалось получить структуру LH2-комплекса из бактерии Ectothiorhodospira haloalkaliphila при стандартных условиях роста. В новой работе мы применили этот же подход для исследования архитектуры комплекса, полученного из бактерии с подавленным синтезом окрашенных каротиноидов», — прокомментировала соавтор работы Анна Бурцева, младший научный сотрудник лаборатории Инженерной энзимологии ФИЦ Биотехнологии РАН.
В новой работе ученые исследовали комплекс, выделенный из штамма бактерии Ectothiorhodospira haloalkaliphila с нарушенным синтезом каротиноидов. К удивлению ученых, в структуре антенны обнаружилась электронная плотность, которая указывала на то, что каротиноид там все же есть. Дальнейший анализ показал, что в таких комплексах находится бесцветный каротиноид — предшественник окрашенного варианта. Полученный результат подтверждает, что эти пигменты, по-видимому, являются неотъемлемым элементом комплекса LH2, необходимым для выживания бактерии.
«Неожиданным новогодним подарком для нас стало предложение редактора поместить структуру нашего LH2-комплекса на обложку очередного выпуска журнала FEBS Letters», — отметил соавтор научной статьи Константин Бойко, старший научный сотрудник лаборатории Инженерной энзимологии ФИЦ Биотехнологии РАН.
Источник иллюстрации: Обложка журнала FEBS Letters.