Fotosünteesi kohandamine tõstaks saagikust poole võrra
Kõige sagedamini Maal kohatavaks valguks võib pidada fotosünteesi aluseks olevat ensüümi RuBisCo, mis moodustab taimelehtedes leiduvatest valkudest peaaegu poole. Põhjus on lihtlabane. Kuna tegu on suhteliselt kehva katalüsaatoriga, üritavad taimed seda kvantiteediga kompenseerida. Vetikate poolt kasutatav RuBisCo on oluliselt tõhusam, misläbi kulub selle sünteesimiseks ka vähem ressursse. Arvutuste kohaselt oleks võimalik taimede vastava ensüümi asendamisega tõsta nende saagikust 35-60 protsenti. Senised katsed pole aga õnnestunud. Maureen Hansoni töörühm otsustas teha seeläbi lisaks RuBisCo tootmise eest vastutava geeni asendamisele tubakataime genoomis laiaulatuslikumaid täiendusi. Näiteks lisas ta kolleegidega osadesse taimedesse ensüümi strukturaalselt tugevdava valgu sünteesimise eest vastutava geeni ja teistesse RuBisCo'd paremini voltida aitava geeni. Valgukettide omadused sõltuvad tugevalt selles, kuidas need täpselt volditud on. Hanson leidis, et mõlemat mutanttaimed suutsid bakterite RuBisCo'ga õhust süsinikku haarata. Bioloogid lahendasid käesolevas töös aga vaid poole väljakutsest. Bakterite RuBisCo reageerib altilt nii hapniku kui süsinikdioksiidiga. Taimede ensüüm suudab molekulide vahel täpsemalt vahet teha. Vetikate endi jaoks pole see eriline probleem – genoomis leiduvad juhised ka RuBisCo kaitsva kestaga ümbritsemiseks, mis õhufiltrina käitudes eelistatult süsinikdioksiidi molekule läbi laseb. Hanson üritas kolleegidega tubakataimi samuti vastavat ümbrist ehitama panna, kuid tulemus oli ülitaimest kaugel. Kestaga kaetud RuBisCo'ga taimed kasvasid muutmata tubakataimedest oluliselt aeglasemalt. Kasvukiirus muutus võrdseks alles keskkonnas, kus leidus süsinikdioksiidi tavapärasest 22 korda rohkem. Sellele vaatama loodab töörühm, et ka teine probleem suudetakse peatselt lahendada. Selle aasta juunis lõi Hanson kolleegidega tubakataimed, millest võis leida sobilikke bakterite karboksüsoome meenutavaid valgulisi struktuure. Järgmise sammuna plaanivadki nad mõlemas töös tehtud täiendusi samas taimes kasutada. Geenitehnoloogiat peetakse üheks võimaluseks, kuidas maailma rahvastiku kasvust tingitud toidupuudust leevendada. Hinnanguliselt peaks inimkond suutma sajandi keskpaigaks toota rahvastiku ära toitmiseks praegusest kaks korda rohkem kaloreid. Uurimus ilmus ajakirjas Nature.
