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确定一系列新的光响应蛋白

当韩宝开始寻找新的蓝藻种类进行研究时,她不知道完美的候选人只是在楼上。Han是Kerfeld实验室围绕橙色类胡萝卜素蛋白(OCP)的项目的一部分,该蛋白质响应来自环境的光以保护其宿主蓝藻(以前称为“蓝绿藻”)。

确定一系列新的光响应蛋白

对OCP的兴趣是双重的:首先,它在蓝藻光合作用中起着重要作用,而Kerfeld实验室想要了解它的工作原理。然后,他们希望利用这些知识重新设计这种蛋白质,用于可再生能源和医药。

在汉和她的同伴对蓝藻基因组进行生物信息学分析后(基因组是生物体DNA蓝图的完整副本),她发现蒙哥马利实验室,也是在MSU-DOE植物研究实验室,专门研究一种物种。促进她研究她所鉴定的新的OCP蛋白家族。

她的研究发表在Nature Plants杂志上(该文章发表了期刊封面),介绍并描述了这个名为OCP2的新家族。

越来越多的蓝细菌基因组

“以前关于OCP的大多数研究都集中在一种名为Synechocystis的蓝藻中,”Han说。“这种OCP,被称为OCP1,经过深入研究。”

但在过去五年中,已有数百种蓝藻基因组可用于分析。

该数据向科学家展示了今天的OCP及其领域同源物如何在不同的蓝细菌中进化数十亿年,逐渐多样化并专注于不同的功能。

毕竟,蓝藻是复杂的生物,生活在地球周围截然不同的环境中,从寒冷的北极地区到黄石国家公园的温泉。

OCP相应地进行了调整,以保护蓝细菌免受有害光照。它们的功能多样性对于开发可再生能源或设计新的医疗保健工具很有意义,这就是为什么Kerfeld实验室想要了解各种OCP系列如何工作的原因。

介绍OCP2

“我们进行了生物信息学分析,以分析数据库中可用的所有蓝细菌基因组,”Han说。“除了经过充分研究的OCP1之外,我们发现了两个新的OCP家族。我们把注意力集中在OCP2上,这是在蒙哥马利实验室研究的蓝细菌Fremyella中发现的。”

有趣的是,OCP进化导致OCP1和OCP2都存在于Fremyella中,为比较一个生物体中的两个家族创造了一个很好的机会。

“我们发现OCP2与OCP1相比具有不同的特性。例如,OCP2对环境光条件的变化反应快得多。”

另一方面,OCP2在被激活以保护蓝细菌之前需要相对较高的光强度,而OCP1可以在较低的光强度下保护它。

OCP2的结构也比OCP1简单。Han和Kerfeld实验室认为这些特征表明OCP2是一种更原始​​的蛋白质。

“我们有更多的进化证据来支持这种说法。我们知道OCP1已经进化为与Fremyella中的另一种蛋白质相互作用,称为FRP(荧光恢复蛋白).FRP的作用是加速OCP1在黑暗中的恢复。但是,OCP2不会与FRP互动。“

这是她认为发生的事情。为了保护蓝藻,OCP1进化为与FRP相互作用,作为增加一层调节的一种方式。

虽然这种额外的互动会减慢OCP1的速度,但它会使其更好 - 更精致 - 或更“智能”。

一个很好的类比是官僚主义的繁文缛节:与FRP的互动就像是一层额外的文书工作,这会减慢公司的活动。但通常,已建立的官僚机构更加稳定。

但是OCP2是原始的并不意味着它没那么有用,特别是在考虑合成生物学应用时。

“不同的家庭具有独特的有趣特征。我们实验室的另一项研究只是展示了OCP1和OCP2在我们分开并看待它们时的工作方式不同。它们的不同特性将有助于设计不同的应用,取决于每个家庭的优势。”

Kerfeld实验室正在寻找更多的OCP家族,超越OCP2,继续寻求建立关于这种蛋白质的结构和功能知识库。

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