Un'enzima fotosintetica più efficiente: i chimici del MIT fanno progressi
In uno studio innovativo, un team di chimici del MIT ha fatto passi significativi per migliorare l'efficienza dell'enzima Rubisco, un attore chiave nella fotosintesi. Il lavoro, guidato dallo studente del MIT Julie McDonald, è stato pubblicato nella rivista Proceedings of the National Academy of Sciences.
Rubisco, abbreviatura di ribulosio bisfosfato carbossilasi/ossigenasi, è considerato l'enzima più abbondante sulla Terra. Tuttavia, è notevolmente inefficiente rispetto ad altri enzimi coinvolti nella fotosintesi, catalizzando solo una a dieci reazioni al secondo. Questa inefficienza comporta una significativa perdita di energia per le piante, con circa il 30% dell'energia della luce assorbita che viene sprecata a causa di un processo chiamato fotorespirazione.
Il Rubisco migliorato, grazie a una nuova tecnica di mutagenesi chiamata MutaT7, mostra ora una preferenza per interagire con l'anidride carbonica, portando a un aumento complessivo dell'efficienza di carbossilazione. Questo è particolarmente significativo poiché il Rubisco può anche interagire con l'ossigeno, portando a una reazione concorrente che spreca parte dell'energia assorbita dalla luce.
Lo studio si è concentrato su una versione del Rubisco isolata dalla famiglia di batteri semi-anaerobici nota come Gallionellaceae. Questo particolare Rubisco è uno dei più veloci trovati in natura. Dopo sei round di evoluzione diretta, i ricercatori hanno identificato tre diverse mutazioni che migliorano la resistenza del Rubisco all'ossigeno. Queste mutazioni si trovano vicino al sito attivo dell'enzima e sono ritenute migliorare la capacità dell'enzima di interagire preferibilmente con l'anidride carbonica rispetto all'ossigeno.
Il successo del team del MIT nel migliorare una variante di Rubisco dai batteri in ambienti a bassa ossigenazione apre interessanti possibilità per le applicazioni agricole. I ricercatori pianificano di applicare questa tecnica a forme di Rubisco che potrebbero essere utilizzate nelle piante, potenzialmente migliorando i rendimenti delle colture.
Il lavoro è stato finanziato, in parte, dal National Science Foundation, dal National Institutes of Health, da una borsa di studio del Martin Family Society Fellowship for Sustainability e da un grant del Abdul Latif Jameel Water and Food Systems Lab Grand Challenge. Il lavoro in corso mira a sfruttare i benefici di un Rubisco migliore per la produttività agricola.
