Fotosintez zamanı rubisko adlı ferment əsas reaksiyanı kataliz edir – karbon qazının şəkərlər yaratmaq üçün üzvi birləşmələrə daxil edilməsi. Ancaq yer üzündə ən bol ferment olduğuna inanılan rubisko, fotosintezdə iştirak edən digər fermentlərlə müqayisədə çox səmərəsizdir.

MIT kimyaçıları indi az oksigenli mühitdən olan bakteriyalarda tapılan rubisko versiyasını çox yaxşılaşdıra bildiklərini göstərdilər . İstiqamətləndirilmiş təkamül kimi tanınan bir prosesdən istifadə edərək, onlar rubiskonun katalitik effektivliyini 25%-ə qədər artıra biləcək mutasiyaları müəyyən ediblər.

Tədqiqatçılar indi öz texnikasını bitkilərin məhsuldarlığını potensial olaraq yaxşılaşdıra biləcək fotosintez sürətini artırmaq üçün bitkilərdə istifadə oluna bilən rubisko formalarına tətbiq etməyi planlaşdırırlar.

MIT-də 1942-ci ildə kimya professoru olan Metyu Çiyders deyir: “Məncə, bu, rubiskonun digər formalarının mühəndisliyi üçün böyük ümidlər verən rubiskonun fermentativ xassələrinin uğurlu təkmilləşdirilməsinin inandırıcı nümayişidir”.

Shoulders və Kimya Departamentinin tədqiqatçısı Robert Uilson Milli Elmlər Akademiyasının Proseslərində dərc olunan yeni tədqiqatın baş müəllifləridir . MIT aspirantı Julie McDonald qəzetin aparıcı müəllifidir.

Səmərəliliyin təkamülü

Bitkilər və ya fotosintetik bakteriyalar günəşdən enerji qəbul etdikdə əvvəlcə onu ATP kimi enerji saxlayan molekullara çevirirlər. Fotosintezin növbəti mərhələsində hüceyrələr bu enerjidən ribuloza bisfosfat kimi tanınan molekulu qlükoza çevirmək üçün istifadə edirlər ki, bu da bir neçə əlavə reaksiya tələb edir. Rubisko, karboksilləşmə kimi tanınan bu reaksiyalardan birincisini kataliz edir. Bu reaksiya zamanı CO ₂ -dən karbon ribuloza bifosfata əlavə edilir.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1645945215&adf=308666314&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1751952999&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-07-mutagenesis-technique-boosts-efficiency-rubisco.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM4LjAuNzIwNC45NyIsbnVsbCwwLG51bGwsIjY0IixbWyJOb3QpQTtCcmFuZCIsIjguMC4wLjAiXSxbIkNocm9taXVtIiwiMTM4LjAuNzIwNC45NyJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzOC4wLjcyMDQuOTciXV0sMF0.&dt=1751952999177&bpp=5&bdt=320&idt=-M&shv=r20250702&mjsv=m202507020101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1751952816%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1751952816%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3D1241933dda87baba%3AT%3D1750839581%3ART%3D1751952816%3AS%3DAA-AfjZwPuiSAour3k16ZA1JtXua&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=6893458579826&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=4&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=2090&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=31093233%2C95353387%2C95362655%2C95363183%2C95365226%2C95365234%2C95365109%2C95359265%2C95365121%2C95365798&oid=2&pvsid=5253468946366130&tmod=1571380436&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=6&uci=a!6&btvi=1&fsb=1&dtd=151

Fotosintezdə iştirak edən digər fermentlərlə müqayisədə rubisko çox yavaşdır, saniyədə yalnız birdən 10-a qədər reaksiya kataliz edir. Bundan əlavə, rubisko oksigenlə də qarşılıqlı təsir göstərə bilər ki, bu da karbon əvəzinə oksigeni birləşdirən rəqabət reaksiyasına səbəb olur – bu, günəş işığından udulmuş enerjinin bir hissəsini israf edən bir prosesdir.

McDonald deyir: “Zülal mühəndisləri üçün bu, həqiqətən də cəlbedici problemlər toplusudur, çünki bu xüsusiyyətlər fermentin amin turşusu ardıcıllığında dəyişiklik etməklə daha yaxşı edə biləcəyiniz şeylər kimi görünür”.

Əvvəlki tədqiqatlar rubiskonun sabitlik və həll qabiliyyətinin yaxşılaşmasına gətirib çıxardı ki, bu da fermentin effektivliyində kiçik qazanclarla nəticələndi. Bu tədqiqatların əksəriyyəti istiqamətləndirilmiş təkamüldən istifadə etdi – bu üsul təbii olaraq meydana gələn zülalın təsadüfi mutasiyaya uğraması və sonra yeni, arzu olunan xüsusiyyətlərin ortaya çıxması üçün yoxlanılmasıdır.

Bu proses adətən səhvə meyilli PCR, ilk növbədə in vitro (hüceyrədən kənarda) mutasiyalar yaradan, adətən hədəf gendə yalnız bir və ya iki mutasiya təqdim edən bir texnikadan istifadə etməklə həyata keçirilir.

Rubisko ilə bağlı keçmiş tədqiqatlarda bu mutasiyalar kitabxanası daha sonra rubisko aktivliyinə nisbətən sürətlə böyüyən bakteriyalara daxil edilmişdir. Səhvlərə meylli PZR-də və yeni genlərin tətbiqinin səmərəliliyindəki məhdudiyyətlər bu yanaşma ilə yaradıla və yoxlanıla bilən mutasiyaların ümumi sayını məhdudlaşdırır. Manual mutagenez və seçim mərhələləri də təkamülün çoxsaylı dövrlərində prosesə daha çox vaxt əlavə edir.

MIT komandası əvəzində Shoulders Laboratoriyasının əvvəllər hazırladığı MutaT7 adlı daha yeni mutagenez texnikasından istifadə etdi. Bu texnika tədqiqatçılara canlı hüceyrələrdə həm mutagenez, həm də skrininq aparmağa imkan verir ki, bu da prosesi kəskin surətdə sürətləndirir. Onların texnikası həmçinin hədəf geni daha yüksək sürətlə mutasiya etməyə imkan verir.

McDonald deyir: “Bizim davamlı yönəldilmiş təkamül texnikamız keçmişdə olduğundan daha çox fermentdə mutasiyaya baxmağa imkan verir”.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .

Daha yaxşı rubisko

Tədqiqatçılar bu iş üçün təbiətdə tapılan ən sürətli rubiskolardan biri olan Gallionellaceae kimi tanınan yarı anaerob bakteriyalar ailəsindən təcrid olunmuş rubisko versiyası ilə başladılar. E. coli-də aparılan istiqamətləndirilmiş təkamül təcrübələri zamanı tədqiqatçılar mikrobları atmosfer səviyyələrində oksigen olan bir mühitdə saxlayıb, oksigenə uyğunlaşmaq üçün təkamül təzyiqi yaradıblar.

Altı raund yönəldilmiş təkamüldən sonra tədqiqatçılar rubiskonun oksigenə qarşı müqavimətini yaxşılaşdıran üç fərqli mutasiya müəyyən etdilər. Bu mutasiyaların hər biri fermentin aktiv sahəsinin yaxınlığında yerləşir (burada karboksilləşmə və ya oksigenləşmə həyata keçirilir). Tədqiqatçılar hesab edirlər ki, bu mutasiyalar fermentin oksigendən daha çox karbon qazı ilə qarşılıqlı əlaqədə olmaq qabiliyyətini yaxşılaşdırır ki, bu da karboksilləşmənin səmərəliliyinin ümumi artımına gətirib çıxarır.

“Burada əsas sual budur: Rubisco-nun daha yaxşı işləməsini istədiyiniz mühitlərdə daha yaxşı işləmək üçün onun kinetik xüsusiyyətlərini dəyişdirə və təkmilləşdirə bilərsinizmi?” Çiyinlər deyir. “İstiqamətləndirilmiş təkamül prosesi ilə dəyişən o oldu ki, rubisko oksigenlə daha az reaksiya verməyi sevməyə başladı. Bu, bu rubiskoya oksigenlə zəngin bir mühitdə yaxşı işləməyə imkan verir, burada normal olaraq daim diqqəti yayındırır və oksigenlə reaksiya verir, sizin bunu etmək istəməzsiniz.”

Davam edən işdə tədqiqatçılar bu yanaşmanı digər rubisko formalarına, o cümlədən bitkilərdən alınan rubiskoya tətbiq edirlər. Bitkilərin udduqları günəş işığından enerjinin təxminən 30%-ni, rubisko karbon dioksid əvəzinə oksigenlə hərəkət edərkən baş verən fototənəffüs adlı bir proseslə itirdiyinə inanılır.

Wilson deyir: “Bu, həqiqətən çox maraqlı yeni tədqiqatların qapısını açır və bu, keçmişdə rubisco mühəndisliyi üzərində üstünlük təşkil edən mühəndislik növlərindən kənarda bir addımdır”. “Kənd təsərrüfatı məhsuldarlığının müəyyən faydaları var ki, bu da daha yaxşı rubisco vasitəsilə istifadə edilə bilər.”

Ətraflı məlumat: Julie L. McDonald və digərləri, İn vivo idarə olunan ultrasürətli Rubiskonun semianaerob mühitdən təkamülü oksigen müqavimətini təmin edir, Milli Elmlər Akademiyasının materialları (2025). DOI: 10.1073/pnas.2505083122

Jurnal məlumatı: Milli Elmlər Akademiyasının Materialları 

Massaçusets Texnologiya İnstitutu tərəfindən təmin edilmişdir