在海洋中发现的微小硅藻对吸收周围的二氧化碳（CO2）非常有效。它们可以利用多达20%的地球CO2。来自瑞士巴塞尔大学的一个研究小组最近在这些藻类中识别出一种蛋白质外壳，该外壳对于高效的CO2 固定至关重要。这一重要发现可能会导致旨在减缓大气CO2的创新生物工程战略。
硅藻虽然微小且肉眼不可见，但它们是海洋中最丰盛的藻类物种之一，在全球碳循环中发挥着重要作用。它们利用光合作用从环境中摄取大量的CO2，并将其转化为支持海洋生物生长的养分。然而，导致硅藻在这一过程中特别有效的具体机制仍然大多未被探索。
一个由巴塞尔大学生物中心的本·恩格尔教授领导的研究团队，与来自英国约克大学和日本关西学院大学的科学家合作，揭示了一种在硅藻CO2 固定过程中起关键作用的蛋白质外壳。通过使用冷冻电子断层成像(cryo-ET)等先进成像技术，研究人员揭示了这种名为PyShell的蛋白质外壳的分子结构，并阐明了其功能。相关发现已在Cell上发表了两篇文章。
PyShell在CO2固定中的重要性
光合作用发生在植物和藻类的叶绿体中。在这些叶绿体内，类囊体膜利用阳光中的能量，随后协助酶Rubisco固定CO2。
然而，藻类有一个独特的优势：它们将所有Rubisco浓缩到称为pyrenoid的小结构中，这使得CO2的捕获更加高效。“我们发现硅藻的pyrenoid被一个格子状的蛋白质外壳包围，”参与这两项研究的马农·德穆尔德博士表示。“PyShell不仅维持了pyrenoid的结构，还提高了这个 compartment 内的CO2浓度。这使得Rubisco能够有效地从海洋中固定CO2并将其转化为养分。”
当研究人员在藻类中禁用PyShell时，它们固定CO2的能力大幅下降。光合作用和细胞生长都有明显下降。“这证明了PyShell在有效碳捕获中的关键性——这一过程对海洋生态系统和全球气候至关重要，”马农·德穆尔德指出。
通过生物工程实现CO2减排的进展？
PyShell的揭示可能为应对气候变化这一我们今天面临的最紧迫问题之一开辟了有前景的生物技术倡议。“首先，我们必须减少我们的CO2排放，以减缓气候变化。必须立即采取行动，”本·恩格尔强调。
“我们今天排放的CO2将在大气中存在数千年。我们希望像PyShell这样的发现能够激励新的生物技术应用，以提高光合作用并增强对大气CO2的捕获。虽然这些是长期的目标，但现在进行基础研究以解锁未来碳捕获进展至关重要。”
