Pequenas diatomáceas no oceano são mestres na captura de dióxido de carbono (CO2) do meio ambiente. Eles fixam até 20% do CO2 da Terra. Uma equipe de pesquisa da Universidade de Basileia descobriu agora um invólucro protéico nessas algas que é necessário para uma fixação eficiente de CO2. Esta descoberta inovadora pode fornecer ideias para abordagens de bioengenharia para reduzir o CO2 na atmosfera.
As diatomáceas são demasiado pequenas para serem vistas a olho nu, mas são uma das espécies de algas mais produtivas do oceano e desempenham um papel importante no ciclo global do carbono. Usando a fotossíntese, eles absorvem grandes quantidades de CO2 do meio ambiente e convertê-lo em nutrientes que alimentam grande parte da vida no oceano. Apesar da sua importância, permanece em grande parte desconhecido como as diatomáceas realizam este processo de forma tão eficiente.
Pesquisadores liderados pelo professor Ben Engel do Biozentrum da Universidade de Basileia, juntamente com pesquisadores da Universidade de York, no Reino Unido, e da Universidade Kwansei-Gakuin, no Japão, descobriram agora uma camada de proteína que desempenha um papel fundamental no CO das diatomáceas.2 fixação. Usando tecnologias de imagem de ponta, como a tomografia crioeletrônica (cryo-ET), os pesquisadores conseguiram revelar a arquitetura molecular da chamada bainha de proteína PyShell e decifrar sua função. Os resultados dos estudos foram agora publicados em dois artigos na “Cell”.
PyShell é crucial para CO eficiente2 fixação
Nas plantas e algas, a fotossíntese ocorre nos cloroplastos. Dentro desses cloroplastos, a energia da luz solar é captada pelas membranas dos tilacóides e então usada para ajudar a enzima Rubisco a fixar CO2.
No entanto, as algas têm uma vantagem: elas embalam toda a sua Rubisco em pequenos compartimentos chamados pirenóides, onde o CO2 podem ser capturados com mais eficiência. “Descobrimos agora que os pirenóides das diatomáceas estão envoltos em uma camada de proteína semelhante a uma rede”, diz o Dr. Manon Demulder, autor de ambos os estudos. “O PyShell não apenas dá forma ao pirenóide, mas também ajuda a criar um alto CO2 concentração neste compartimento. Isso permite que a Rubisco fixe CO de maneira eficiente2 do oceano e convertê-lo em nutrientes.”
Quando os pesquisadores removeram o PyShell das algas, sua capacidade de fixar CO2 foi significativamente prejudicado. A fotossíntese e o crescimento celular foram reduzidos. “Isso nos mostrou o quão importante é o PyShell para a captura eficiente de carbono – um processo que é crucial para a vida oceânica e o clima global”, diz Manon Demulder.
Bioengenharia para CO2 redução?
A descoberta do PyShell também poderá abrir caminhos promissores para a investigação biotecnológica destinada a combater as alterações climáticas – um dos desafios mais prementes do nosso tempo. “Em primeiro lugar, nós, humanos, devemos reduzir a nossa emissão de CO2 emissões para abrandar o ritmo das alterações climáticas. Isto requer ação imediata”, afirma Ben Engel.
“O CO2 que emitimos agora permanecerão na nossa atmosfera durante milhares de anos. Esperamos que descobertas como a PyShell possam ajudar a inspirar novas aplicações biotecnológicas que melhorem a fotossíntese e capturem mais CO2 da atmosfera. Estes são objetivos de longo prazo, mas dada a irreversibilidade do CO2 emissões, é importante que realizemos investigação básica agora para criar mais oportunidades para futuras inovações na captura de carbono.”
Publicações originais
Ginga Shimakawa, Manon Demulder, Serena Flori, Akihiro Kawamoto, Yoshinori Tsuji, Hermanus Nawaly, Atsuko Tanaka, Rei Tohda, Tadayoshi Ota, Hiroaki Matsui, Natsumi Morishima, Ryosuke Okubo, Wojciech Wietrzynski, Lorenz Lamm, Ricardo D. Righetto, Clarisse Uwizeye, Benoit Gallet, Pierre-Henri Jouneau, Christoph Gerle, Genji Kurisu, Giovanni Finazzi, Benjamin D. Engel, Yusuke Matsuda Os pirenóides de diatomáceas são envoltos em uma casca de proteína que permite a fixação eficiente de CO2.
Célula (2024), doi: 10.1016/j.cell.2024.09.013
Onyou Nam, Sabina Musial, Manon Demulder, Caroline McKenzie, Adam Dowle, Matthew Dowson, James Barrett, James N. Blaza, Benjamin D. Engel, Luke CM Mackinder Um projeto de proteína da organela fixadora de CO2 de diatomáceas.
Célula (2024), doi: 10.1016/j.cell.2024.09.025