一項突破性研究揭示了矽藻的一種蛋白質外殼，這種外殼能增強矽藻固定二氧化碳的能力，為生物工程提供了新的途徑，透過優化光合作用來應對氣候變遷。微小的海洋矽藻能高效捕捉環境中的二氧化碳（CO2 ），佔地球CO2 固定量的20%。

在低溫電子斷層掃描的樣本製備步驟中，矽藻（藍/白/黃）被冷凍在電子顯微鏡網格（銅）上。 圖片來源：Benoit Gallet 和Martin Oeggerli，Micronaut

瑞士巴塞爾大學的研究人員現在發現了這些藻類體內的蛋白質外殼，這種外殼對於它們有效固定二氧化碳的能力至關重要。 這項重大發現可能會激發新的生物工程策略，幫助降低大氣中的二氧化碳含量。

矽藻雖然肉眼看不見，卻是海洋中產量最高的藻類之一，在全球碳循環中扮演至關重要的角色。 透過光合作用，它們從環境中吸收大量的二氧化碳，並將其轉化為營養物質，維持海洋生物的生存。 儘管矽藻意義重大，但它們如何如此有效率地完成這一過程一直是個謎。

現在，巴塞爾大學生物中心的本恩格爾（Ben Engel）教授領導的研究人員與英國約克大學和日本關西學院大學的研究小組一起，發現了一種對矽藻固定二氧化碳至關重要的蛋白質外殼。 他們利用低溫電子斷層掃描（cryo-ET）等先進成像技術，繪製了PyShell蛋白鞘的分子結構圖，並揭示了它的功能。 這些發現最近發表在細胞雜誌上的兩篇論文中。

低溫電子斷層掃描揭示了矽藻類蛋白核的分子結構，顯示了Rubisco 如何被PyShell 所包圍，從而提高了二氧化碳的固定效率。 圖片來源：Gröger 等人/巴塞爾大學生物中心Manon Demulder

在植物和藻類中，光合作用是在葉綠體中進行的。 在這些葉綠體中，類木質膜從太陽光中獲取能量，然後用來幫助Rubisco 酵素固定二氧化碳。

然而，藻類有一個優點：它們把所有的Rubisco酶都裝在一個叫做”蛋白核”的小隔間裡，這樣就能更有效地捕捉二氧化碳。 “這兩項研究的作者Manon Demulder 博士說：”我們現在發現，矽藻的蛋白質核被包裹在一個格子狀的蛋白質外殼中。 PyShell不僅賦予了類蛋白核形狀，而且還有助於在這個隔間中形成高濃度的二氧化碳。 這使得Rubisco 能夠有效地固定海洋中的二氧化碳並將其轉化為養分。 “

當研究人員從藻類中移除PyShell 後，它們固定二氧化碳的能力明顯減弱。 光合作用和細胞生長都有減弱。 Manon Demulder 說：”這向我們展示了PyShell 對於高效碳捕獲的重要性–碳捕獲過程對於海洋生物和全球氣候至關重要。”

PyShell的發現也為旨在應對氣候變遷–我們這個時代最迫切的挑戰之一–的生物技術研究開闢了前景廣闊的道路。 「首先，我們人類必須減少二氧化碳的排放，以減緩氣候變遷的速度。這需要我們立即採取行動，」本‧恩格爾說。 「我們現在排放的二氧化碳將在大氣中存留數千年。我們希望像PyShell這樣的發現有助於激發新的生物技術應用，從而改善光合作用，從大氣中捕獲更多的二氧化碳。這些都是長期目標，但考慮到二氧化碳排放的不可逆性，我們現在就必須進行基礎研究，為未來的碳捕獲創新創造更多機會。

編譯自/ SciTechDaily