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利物浦大学的科学家们已经追踪了一种叫做蓝藻的微生物如何利用内部蛋白质“机器”来提高它们在光合作用过程中将二氧化碳转化为糖的能力。随着全球食品和能源安全成为21世纪最大的挑战之一，这些新发现有助于为新纳米技术的设计和工程提供信息，从而提高作物产量和生物量。
丰富的资源
蓝藻，通常被称为蓝绿藻，是海洋和淡水中最丰富的生物。它们类似于绿色植物，因为它们可以利用阳光产生的能量通过光合作用制造自己的食物。然而，蓝细菌特有的是细胞内结构，称为羧基体，允许它们将二氧化碳转化为糖 - 这一过程称为碳固定 - 比许多作物明显更有效。
Carboxysomes由多面体蛋白质壳制成，并含有细菌在光合作用的Calvin循环阶段固定碳所需的酶。关于如何生产这些纳米级“机器”或如何调节它们以适应环境变化(例如光强度)知之甚少。在一项发表在植物生理学的新研究中，来自大学综合生物学研究所的研究人员将荧光标记贴在了羧基体上，然后使用荧光显微镜观察它们在单个细胞内的作用。
光响应
通过实验改变细胞生长过程中可用的光量，研究人员观察了蓝细菌如何通过改变细胞中羧基体的数量来调节碳固定活动。研究人员还使用化学抑制剂来改变新陈代谢，以监测它如何影响羧基体的分布模式。他们发现，根据抑制剂诱导的电子传递途径的氧化还原状态，羧基体可以扩散或放置在棒状细胞的中心线上。
该团队与该大学物理系的Steve Barrett博士合作开发了一种方法，用于从显微镜图像中统计分析数百至数千个细菌细胞。
合着者仿徨博士说：“这是令人兴奋的是，通过这个技术，我们现在可以监控，实时，细菌如何调节carboxysomes最大限度地发挥固碳能力我们的研究结果也提供了关于定位的关系了新的线索。羧基体和细胞代谢。“
挖掘潜力
Carboxysomes对合成生物学家和生物工程师很感兴趣，他们希望找到方法在食品和生物燃料生产中利用它们的能量提升潜力。
该研究的第一作者，Luning Liu博士说：“将蓝藻羧基体植物引入植物叶绿体可能会提高光合作用的效率，从而提高生物量产量。“在他们的潜力可以被利用之前，我们还需要学习很多东西。在这个阶段，我们才刚刚开始了解这些迷人的蜂窝机器是如何工作的，而这项研究标志着这一过程中又向前迈出了一大步。”
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