Drożdże to jednokomórkowe mikroorganizmy zaliczane do królestwa grzybów. Znanych jest ok. 1500 gatunków zaliczanych do workowców i do podstawczaków. Liczne szczepy hodowlane drożdży z gatunku Saccharomyces cerevisiae są wykorzystywane w przemyśle spożywczym, zwłaszcza fermentacyjnym.
Czytaj też: Energia z “niczego”. Tak naukowcy rzucili wyzwanie prawom fizyki
Drożdże szczególnie lubią węglowodany i pozyskują energię dzięki fermentacji cukrów i skrobi. Teraz naukowcom udało się sprawić, że jeden z gatunków drożdży porzucił węglowodany na rzecz światła. Szczegóły opisano w Science, a już teraz praca jest określana mianem “przełomowej”.
To niezwykłe. Do pewnego stopnia jest to jak przemiana zwierzęcia w roślinę. Prof. Felipe Santiago-Tirado, biolog z Uniwersytetu Notre Dame
Drożdże nie tylko do pizzy
Aby przekształcić dwutlenek węgla w cukry, rośliny wykorzystują kompleks białek zawierających chlorofile – zielone barwniki występujące m.in. w roślinach, algach i bakteriach fotosyntetyzujących (np. sinicach). Dzieje się to w procesie fotosyntezy, a naukowcy od lat pracują nad jej odtworzeniem w warunkach eksperymentalnych – z różnym skutkiem. W przypadku drożdży nie ma mowy o żadnej formie fotosyntezy.
Dr Anthony Burnetti i dr William Ratcliff z Georgia Tech zwrócili uwagę na białko znane jako rodopsyna, które jest wykorzystywane przez niektóre protisty, algi, a nawet wirusy do zamiany światła w energię użytkową. Naukowcy wstawili gen rodopsyny do drożdży z gatunku Saccharomyces cerevisiae, gdyż mieli nadzieję, że białko to znajdzie drogę do wakuoli, wypełnionego enzymami woreczka, który degraduje niepotrzebne substancje. To ATP napędza ten proces poprzez aktywację tzw. pompy protonowej, dzięki czemu środowisko staje się bardziej kwaśne. Niestety, takie podejście nie zadziałało, bo białko trafiło w niewłaściwe miejsce.
Naukowcy postanowili poszukać rodopsyny, która już występuje w wakuolach. Zdecydowali się na wykorzystanie tej występującej u głowni kukurydzy, grzyba atakującego kukurydzę. Dołączając do białka zielony znacznik fluorescencyjny, uczeni potwierdzili, że faktycznie trafia on do wakuoli drożdży – tak, jak zakładano.
Aby udowodnić, że te zmodyfikowane drożdże rzeczywiście używały światła, doktorantka Autumn Peterson z zespołu dr Burnettiego, wyhodowała nowy szczep w tym samym naczyniu, co oryginalne, niezmienione drożdże i wystawiła je na zielone światło. Stwierdzono, że komórki szczepu światłoczułego rozmnażają się wystarczająco szybko, aby przerosnąć drożdże nieczułe na światło o 0,8 proc. To naprawdę sporo.
Czytaj też: Piwo i energia odnawialna mają wiele wspólnego. To zasługa polskiej firmy
Światło pobudza rodopsynę do dostarczania większej ilości protonów do wakuoli, zwalniając komórki z konieczności wydatkowania ATP na to zadanie, a zamiast tego uwalniając tę energię, by pomóc komórce rosnąć w inny sposób. Zwiększenie kwasowości wewnątrz wakuoli może zmniejszyć ją na zewnątrz, powodując, że enzymy pracują szybciej i zużywają się szybciej, co może również pomóc wyjaśnić wyższy wskaźnik śmierci wśród tych zmienionych komórek.
Nie wszyscy jednak podzielają ten entuzjazm. Prof. Robert Blankenship, emerytowany biochemik z Washington University w St. Louis twierdzi, że autorzy “przesadzają z ewolucyjnym znaczeniem swojej pracy. Twierdzi bowiem, że stworzono sztuczny konstrukt i nie jest on produktem doboru naturalnego. Uczeni z Georgia Tech chcą odpowiedzieć na tę krytykę w najlepszy możliwy sposób – kontynuując swoje badania. Teraz chcą umieścić rodopsynę w mitochondrium, co prawdopodobnie nigdy wcześniej nie zdarzyło się w naturze.
