Te-ai uitat vreodată la o plantă și te-ai gândit că este un sistem perfect? În mare parte, este. Dar în inima motorului care alimentează aproape toată viața de pe Pământ – fotosinteza – se ascunde o eroare fundamentală. O ineficiență care i-a frustrat pe oamenii de știință decenii la rând și care costă agricultura globală o parte uriașă din potențialul său.
Acum, o echipă de la prestigiosul MIT a reușit ceea ce părea imposibil: a „reparat” această componentă defectă. Iar implicațiile pentru viitorul alimentației și al climei sunt profunde.
Motorul „leneș” al vieții a primit un upgrade: putem forța plantele să crească?
În centrul fotosintezei se află o enzimă numită Rubisco. Este cea mai abundentă proteină de pe planetă și are o singură misiune crucială: să capteze dioxidul de carbon (CO2) din atmosferă și să pornească procesul de creare a zaharurilor care hrănesc planta.
Problema? Rubisco este incredibil de lentă, catalizând doar între una și zece reacții pe secundă. Mai rău, se lasă foarte ușor „distrasă” de oxigen. În loc să capteze CO2, adesea reacționează cu oxigenul, un proces inutil numit fotorespirație, care irosește până la 30% din energia prețioasă pe care planta o absoarbe de la Soare.
Dar dacă am putea convinge Rubisco să fie mai eficientă și să ignore oxigenul? Aceasta este întrebarea la care chimiștii de la MIT, într-un studiu publicat în respectata revistă Proceedings of the National Academy of Sciences, au oferit în sfârșit un răspuns afirmativ.
Evoluția pe repede-înainte, direct în laborator
Încercările anterioare de a îmbunătăți Rubisco au avut un succes limitat. Metodele vechi de „evoluție dirijată” erau lente și laborioase, permițând doar una sau două mutații odată. Aici intervine inovația echipei de la MIT.
Ei au folosit o tehnică de avangardă, numită MutaT7, care permite efectuarea procesului de mutație și selecție direct în celule vii, accelerând dramatic totul. „Tehnica noastră de evoluție continuă dirijată îți permite să observi mult mai multe mutații în enzimă decât s-a făcut în trecut”, explică Julie McDonald, autoarea principală a studiului.
Pornind de la o versiune de Rubisco deja rapidă, izolată dintr-o bacterie numită Gallionellaceae, cercetătorii au introdus-o în E. coli și au expus-o la niveluri ridicate de oxigen. Prin șase runde de evoluție accelerată, au identificat trei mutații distincte care au apărut în apropierea centrului activ al enzimei. Rezultatul? O versiune de Rubisco cu până la 25% mai eficientă, care a învățat să reziste interferenței oxigenului.
„Ceea ce s-a schimbat a fost faptul că Rubisco a început să reacționeze mai puțin cu oxigenul. Acest lucru îi permite să funcționeze bine într-un mediu bogat în oxigen, unde în mod normal ar fi distrasă în mod constant.”, a spus profesorul Matthew Shoulders, unul dintre autorii principali.
Ce înseamnă asta pentru farfuria ta?
Această demonstrație de forță în ingineria proteinelor nu este doar un exercițiu academic. Este o dovadă de concept care deschide ușa către o adevărată revoluție agricolă.
Cercetătorii intenționează acum să aplice aceeași tehnică la versiunile de Rubisco găsite în culturile esențiale, precum grâul sau orezul. Dacă reușesc, am putea vedea plante care:
- Cresc semnificativ mai repede;
- Produc recolte mai bogate folosind aceleași resurse;
- Sunt mai rezistente la condiții de stres, cum ar fi căldura, care accentuează problema fotorespirației.
„Există beneficii clare pentru productivitatea agricolă care ar putea fi valorificate printr-o Rubisco mai bună,” adaugă Robert Wilson, cercetător științific și co-autor al studiului.
Drumul de la această descoperire de laborator la un lan de grâu super-eficient este încă lung. Dar, pentru prima dată, avem o cale clară pentru a corecta una dintre cele mai vechi și mai costisitoare „greșeli” ale naturii. Într-o lume care are nevoie disperată de mai multă hrană și de soluții climatice, această veste este mai mult decât binevenită. Este esențială.
