Uma equipe da Australian National University (ANU) modificou as propriedades de dobramento de proteínas das bactérias, adicionando vários componentes do cloroplasto das plantas. A conquista permite que os pesquisadores observem as proteínas do cloroplasto com mais detalhes e encontrem soluções para aprimorar sua função mais rapidamente, um objetivo de 50 anos em construção.
RIPE, ou Realizando o Aumento da Eficiência Fotossintética, liderado pela Universidade de Illinois Urbana-Champaign, está projetando culturas para serem mais produtivas melhorando a fotossíntese, o processo natural que todas as plantas usam para converter luz solar em energia e produção. O RIPE é apoiado pela Fundação Bill & Melinda Gates, Fundação para Pesquisa em Alimentos e Agricultura e pelo Escritório de Relações Exteriores, Commonwealth e Desenvolvimento do Reino Unido.
Este trabalho foi realizado com o objetivo de entender e aprimorar a Rubisco, a proteína dos cloroplastos vegetais que inicia a fixação do dióxido de carbono atmosférico em açúcares durante o processo de fotossíntese. Ao contrário de muitas outras proteínas na fotossíntese, a Rubisco é lenta e requer uma série de ‘acompanhantes’ para funcionar adequadamente. A pesquisa nas últimas décadas identificou a maioria, possivelmente todos, desses parceiros. Isso fornece aos cientistas novos recursos para estudar e acelerar a planta Rubisco em Escherichia coli, comumente conhecida como E. coli – uma bactéria encontrada no ambiente, alimentos e intestinos humanos – e um hospedeiro frequentemente usado na ciência para estudar mais rapidamente proteínas.
Em um novo artigo publicado no Jornal de Botânica Experimental, a equipe da ANU demonstrou a utilidade de uma ferramenta de expressão de E. coli robusta e geneticamente modular. O trabalho se baseia em uma ferramenta de expressão comparável desenvolvida no laboratório Manajit Hayer-Hartl para fornecer um novo sistema mais adequado para melhorar a eficiência da Rubisco.
“Montar esta nova estratégia de bioengenharia bacteriana e comparar sua eficiência em relação aos cloroplastos naturais foi um desafio de longo prazo”, disse Whitney, professor da Escola de Pesquisa de Biologia da ANU. “Felizmente, esta nova tecnologia agora nos fornece resultados experimentais sem precedentes, com resultados disponíveis em dias, em vez dos meses que levaria nossa abordagem de teste tradicional lenta e cara usando plantas transgênicas”.
Embora este novo sistema de bioengenharia de E. coli Rubisco precise de ajustes de design adicionais para adaptar sua compatibilidade com diferentes culturas, Whitney está confiante de que sua pesquisa fornece um ponto de virada crítico na capacidade de ajustar a atividade de Rubisco.
“Agora podemos aplicar a ferramenta de otimização de proteínas do Directed Evolution, uma ferramenta que já usamos para acelerar o CO2-taxas de fixação em várias formas não vegetais diferentes, para plantar Rubisco”, disse Whitney. “Uma vez feito isso, podemos introduzir as mudanças desejadas para acelerar a Rubisco nas lavouras por edição de genes. Então veremos os benefícios no desempenho fotossintético e o impacto no crescimento e rendimento das plantas.”