دانشمندان از ماشين‌هاى تثبيت كربن در باكتری ها پرده برداشتند.
چندين دهه است كه دانشمندان از سيانوباكتري‌ها به شكل كاربردي استفاده مي‌كنند. اين استفاده‌ها بسيار گسترده هستند؛ از كاهش انتشار CO2 گرفته تا يافتن جايگزين‌هايي براى پلاستيك‌هاي توليد شده از نفت. اما تا به حال درك عميقي از چرخه كامل زندگى، متابوليسم و قسمت‌هاي تخصص يافته اين باكتري‌ها به دست نيامده است.
تحقيقات کیوبُدِر كه اخيرا در مجله science advances چاپ شده است، چگونگی کارکرد ساختارهاى تخصصى به نام كربوكسى‌زوم و همچنين، ساز و كار اندازه‌گيرى فعاليت آن‌ها را توضيح مي‌دهد. يافته‌هاي اين تحقيقات بسيار ارزشمند است، زيرا در نهايت مي‌تواند منجر به افزايش عملكرد گياهان، كشف آنتي‌بيوتيك‌هاي جديد و افزايش بازده توليد سوخت‌هاى تجديدپذير شود.
جفرى كامرون، استاديار گروه بيوشيمى و سرپرست تحقيقات جديد، اظهار دارد: “شناخت كربوكسى‌زوم يك موضوع قديمى و ٥٠ ساله است كه بشر هرگز نتوانست از پس آن بر آید.” جفري كامرون پس از اخذ مدرك دكترى با تحقیقات بسيار به چگونگى شكل‌گيرى كربوكسي‌زوم پى برد؛ اما نتوانست عملكرد آن را در سلول شناسایی كند، چرا که می‌بایست رشد آن‌ها را در زير ميكروسكوپ مشاهده مي‌كرد و اين کار در تحقيقات بسیار دشوار است.
هدف او پاسخ به ٣ سوال اساسى بود:
- چه مدت طول مي‌كشد تا كربوكسي‌زوم توليد شود؟
- كربوكسي‌زوم تا چه مدت فعال است؟
- در غياب كربوكسي‌زوم براي سلول چه اتفاقي مي‌افتد؟
براى پاسخ به اين سوالات، كامرون و همكارانش آنزيم‌هاى اختصاصى كربوكسي‌زوم را با مواد فلورسنت نشانه‌دار كردند. از آنجا که كربوكسي‌زوم‌ها از سلول مادر به سلول‌هاى دختر منتقل مي‌شوند، مواد شيميايى را براى مهار توانايى در ساخت كربوكسي‌زوم‌ها به محيط اضافه كردند تا کربوکسی‌زوم‌های جدید تولید نشود و به مدت چند روز از سلول‌ها تصوير بردارى نمودند تا كربوكسي‌زوم‌هاى آن‌ها را پيگيري كنند.
توانايى رشد سلول‌ها به توانايي آن‌ها در تثبيت كربن بستگى دارد و چون تثبيت كربن به واسطه كربوكسي‌زوم‌ها انجام مي‌شود، مي‌توان به رابطه مستقيم كربوكسي‌زوم و رشد سلول پى برد. محققان دريافتند كه با تنظيم مقدار CO2 موجود در سلول‌هاى فاقد كربوكسي‌زوم مي‌توان رشد سلول را متوقف كرد و يا به آن سرعت بخشيد. با اين روش‌ها چندين كاربرد عملي براي مهندسى سلول ابداع شد.
حدود ٥ درصد از كربوكسي‌زوم‌ها توان بالايي در تثبيت كربن دارند و مي‌توانند رشد خود را تا حدود هفت نسل از تقسيم سلولى حفظ كنند؛ كامرون گفت: “مثل اين است كه هوش بالاى مادربزرگ مادربزرگ مادربزگ‌تان در طى چند نسل حفظ شده و به شما رسيده باشد.” شناخت اين مكانيسم‌ها بسيار اهميت دارد، زيرا با فهم اين موضوعات مي‌توان رشد گياهان را به طور چشم‌گيري بهبود بخشيد.
كامرون و موسسه انرژي تجديد پذير (RASEI) بيان كردند كه در حال حاضر تلاش‌هاى زيادى براى قراردادن كربوكسي‌زوم‌ها در گياهان به منظور افزايش كارايي فتوسنتز درحال انجام است. اين اقدامات باعث افزايش سرعت رشد و بهبود عملكرد گياهان مي‌شود. همچنين كربوكسي‌زوم مي‌تواند به عنوان مايع بيوراكتور عمل كند تا سرعت ساخته شدن سوخت‌هاى زيستى را افزايش دهد. هدف کامرون از این گونه تحقیقات، پیشرفت مهندسی زیستی است.
درضمن، باكتري‌هاي بيمارى‌زا (مانند سالمونلا) حاوى ساختارهاي كوچك مشابه كربوكسي‌زوم‌ها هستند كه در محيط‌هاي خاص به آن‌ها برترى‌هاى متابوليكى مي‌دهد. از آنجا كه انسان، سيانوباكتري همزيست ندارد و در سلول‌هايش هم كربوكسي‌زوم و ساختارهاي شبيه كربوكسي‌زوم وجود ندارد؛ ممكن است بتوان آنتي‌بيوتيك‌هايى جديدی ايجاد كرد كه به طور اختصاصى اين ساختارهاى باكتريايى را مورد هدف قرار مي‌دهند.
