當(dāng)韓寶開(kāi)始尋找新的藍(lán)藻種類進(jìn)行研究時(shí)，她不知道完美的候選人只是在樓上。Han是Kerfeld實(shí)驗(yàn)室圍繞橙色類胡蘿卜素蛋白(OCP)的項(xiàng)目的一部分，該蛋白質(zhì)響應(yīng)來(lái)自環(huán)境的光以保護(hù)其宿主藍(lán)藻(以前稱為“藍(lán)綠藻”)。

對(duì)OCP的興趣是雙重的：首先，它在藍(lán)藻光合作用中起著重要作用，而Kerfeld實(shí)驗(yàn)室想要了解它的工作原理。然后，他們希望利用這些知識(shí)重新設(shè)計(jì)這種蛋白質(zhì)，用于可再生能源和醫(yī)藥。

在漢和她的同伴對(duì)藍(lán)藻基因組進(jìn)行生物信息學(xué)分析后(基因組是生物體DNA藍(lán)圖的完整副本)，她發(fā)現(xiàn)蒙哥馬利實(shí)驗(yàn)室，也是在MSU-DOE植物研究實(shí)驗(yàn)室，專門(mén)研究一種物種。促進(jìn)她研究她所鑒定的新的OCP蛋白家族。

她的研究發(fā)表在Nature Plants雜志上(該文章發(fā)表了期刊封面)，介紹并描述了這個(gè)名為OCP2的新家族。

越來(lái)越多的藍(lán)細(xì)菌基因組

“以前關(guān)于OCP的大多數(shù)研究都集中在一種名為Synechocystis的藍(lán)藻中，”Han說(shuō)。“這種OCP，被稱為OCP1，經(jīng)過(guò)深入研究。”

但在過(guò)去五年中，已有數(shù)百種藍(lán)藻基因組可用于分析。

該數(shù)據(jù)向科學(xué)家展示了今天的OCP及其領(lǐng)域同源物如何在不同的藍(lán)細(xì)菌中進(jìn)化數(shù)十億年，逐漸多樣化并專注于不同的功能。

畢竟，藍(lán)藻是復(fù)雜的生物，生活在地球周圍截然不同的環(huán)境中，從寒冷的北極地區(qū)到黃石國(guó)家公園的溫泉。

OCP相應(yīng)地進(jìn)行了調(diào)整，以保護(hù)藍(lán)細(xì)菌免受有害光照。它們的功能多樣性對(duì)于開(kāi)發(fā)可再生能源或設(shè)計(jì)新的醫(yī)療保健工具很有意義，這就是為什么Kerfeld實(shí)驗(yàn)室想要了解各種OCP系列如何工作的原因。

介紹OCP2

“我們進(jìn)行了生物信息學(xué)分析，以分析數(shù)據(jù)庫(kù)中可用的所有藍(lán)細(xì)菌基因組，”Han說(shuō)。“除了經(jīng)過(guò)充分研究的OCP1之外，我們發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)新的OCP家族。我們把注意力集中在OCP2上，這是在蒙哥馬利實(shí)驗(yàn)室研究的藍(lán)細(xì)菌Fremyella中發(fā)現(xiàn)的。”

有趣的是，OCP進(jìn)化導(dǎo)致OCP1和OCP2都存在于Fremyella中，為比較一個(gè)生物體中的兩個(gè)家族創(chuàng)造了一個(gè)很好的機(jī)會(huì)。

“我們發(fā)現(xiàn)OCP2與OCP1相比具有不同的特性。例如，OCP2對(duì)環(huán)境光條件的變化反應(yīng)快得多。”

另一方面，OCP2在被激活以保護(hù)藍(lán)細(xì)菌之前需要相對(duì)較高的光強(qiáng)度，而OCP1可以在較低的光強(qiáng)度下保護(hù)它。

OCP2的結(jié)構(gòu)也比OCP1簡(jiǎn)單。Han和Kerfeld實(shí)驗(yàn)室認(rèn)為這些特征表明OCP2是一種更原始??的蛋白質(zhì)。

“我們有更多的進(jìn)化證據(jù)來(lái)支持這種說(shuō)法。我們知道OCP1已經(jīng)進(jìn)化為與Fremyella中的另一種蛋白質(zhì)相互作用，稱為FRP(熒光恢復(fù)蛋白).FRP的作用是加速OCP1在黑暗中的恢復(fù)。但是，OCP2不會(huì)與FRP互動(dòng)。“

這是她認(rèn)為發(fā)生的事情。為了保護(hù)藍(lán)藻，OCP1進(jìn)化為與FRP相互作用，作為增加一層調(diào)節(jié)的一種方式。

雖然這種額外的互動(dòng)會(huì)減慢OCP1的速度，但它會(huì)使其更好 - 更精致 - 或更“智能”。

一個(gè)很好的類比是官僚主義的繁文縟節(jié)：與FRP的互動(dòng)就像是一層額外的文書(shū)工作，這會(huì)減慢公司的活動(dòng)。但通常，已建立的官僚機(jī)構(gòu)更加穩(wěn)定。

但是OCP2是原始的并不意味著它沒(méi)那么有用，特別是在考慮合成生物學(xué)應(yīng)用時(shí)。

“不同的家庭具有獨(dú)特的有趣特征。我們實(shí)驗(yàn)室的另一項(xiàng)研究只是展示了OCP1和OCP2在我們分開(kāi)并看待它們時(shí)的工作方式不同。它們的不同特性將有助于設(shè)計(jì)不同的應(yīng)用，取決于每個(gè)家庭的優(yōu)勢(shì)。”

Kerfeld實(shí)驗(yàn)室正在尋找更多的OCP家族，超越OCP2，繼續(xù)尋求建立關(guān)于這種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能知識(shí)庫(kù)。