硅藻帮助我们揭开大自然大规模捕获二氧化碳的秘密

在低温电子断层扫描的样品制备步骤中，硅藻（蓝/白/黄）被冷冻在电子显微镜网格（铜）上。 图片来源：Benoit Gallet 和 Martin Oeggerli，Micronaut

瑞士巴塞尔大学的研究人员现在发现了这些藻类体内的一种蛋白质外壳，这种外壳对于它们有效固定二氧化碳的能力至关重要。 这一重大发现可能会激发新的生物工程战略，帮助降低大气中的二氧化碳 含量。

硅藻虽然肉眼看不见，却是海洋中产量最高的藻类之一，在全球碳循环中发挥着至关重要的作用。 通过光合作用，它们从环境中吸收大量的二氧化碳，并将其转化为营养物质，维持海洋生物的生存。 尽管硅藻意义重大，但它们如何如此高效地完成这一过程一直是个谜。

现在，巴塞尔大学生物中心的本-恩格尔（Ben Engel）教授领导的研究人员与英国约克大学和日本关西学院大学的研究小组一起，发现了一种对硅藻固定二氧化碳至关重要的蛋白质外壳。 他们利用低温电子断层扫描（cryo-ET）等先进成像技术，绘制了PyShell蛋白鞘的分子结构图，并揭示了它的功能。 这些发现最近发表在细胞杂志上的两篇论文中。

低温电子断层扫描揭示了硅藻类蛋白核的分子结构，显示了 Rubisco 如何被 PyShell 所包围，从而提高了二氧化碳的固定效率。 图片来源：Gröger 等人/巴塞尔大学生物中心 Manon Demulder

在植物和藻类中，光合作用是在叶绿体中进行的。 在这些叶绿体中，类木质膜从太阳光中获取能量，然后用来帮助 Rubisco 酶固定二氧化碳。

然而，藻类有一个优势：它们把所有的Rubisco酶都装在一个叫做"蛋白核"的小隔间里，这样就能更有效地捕捉二氧化碳。"这两项研究的作者 Manon Demulder 博士说："我们现在发现，硅藻的蛋白核被包裹在一个格子状的蛋白质外壳中。PyShell不仅赋予了类蛋白核形状，而且还有助于在这个隔室中形成高浓度的二氧化碳 。 这使得 Rubisco 能够有效地固定海洋中的 二氧化碳 并将其转化为养分。"

当研究人员从藻类中移除 PyShell 后，它们固定 二氧化碳 的能力明显减弱。 光合作用和细胞生长都有所减弱。Manon Demulder 说："这向我们展示了 PyShell 对于高效碳捕获的重要性--碳捕获过程对于海洋生物和全球气候至关重要。"

PyShell的发现也为旨在应对气候变化--我们这个时代最紧迫的挑战之一--的生物技术研究开辟了前景广阔的道路。"首先，我们人类必须减少二氧化碳 的排放，以减缓气候变化的速度。 这需要我们立即采取行动，"本·恩格尔说。"我们现在排放的二氧化碳 将在大气中存留数千年。 我们希望像PyShell这样的发现有助于激发新的生物技术应用，从而改善光合作用，从大气中捕获更多的二氧化碳 。 这些都是长期目标，但考虑到二氧化碳 排放的不可逆转性，我们现在就必须开展基础研究，为未来的碳捕获创新创造更多机会。"

编译自/SciTechDaily