החוקרים הצליחו לשחזר את הצורה התלת מימדית של הכלורופלסט הבודד מכמה מאות תמונות. קרדיט: אוניברסיטת אולדנבורג / קבוצת מיקרוביולוגיה כללית ומולקולרית
מנגנון פוטוסינתזה ייחודי מאפיין אורגניזם חד-תאי הקיים בפריחת אצות.
מהם המנגנונים התאיים בתוך אצה ימית חד-תאית מִין אחראי להפעלת פריחת אצות רעילות? קבוצת מחקר בניהולו של המיקרוביולוג פרופ' ד"ר רלף ראבוס מאוניברסיטת אולדנבורג, גרמניה, ערכה ניתוחים מפורטים ראשונים של ביולוגיה חריגה של התא של Prorocentrum cordatumמין נפוץ בעולם מקבוצת הדינופלגלטים, תוך שימוש בגישות מיקרוסקופיות ופרוטאומיות מתקדמות כאחד.
כפי שהצוות מדווח בכתב העת המדעי פיזיולוגיית הצמחה פוטוסינתזה התהליך במיקרואורגניזמים אלו מאורגן בתצורה יוצאת דופן אשר עשויה לסייע להם להסתגל טוב יותר לתנאי האור המשתנים באוקיינוסים. תוצאות המחקר עשויות להוביל לשיפור ההבנה של שכיחות פריחת אצות מזיקה, שעשויה להיות תכופה יותר עקב שינויי אקלים.
דינופלגלטים הם אורגניזמים חשובים במערכות אקולוגיות ימיות ומים מתוקים כאחד. האורגניזמים החד-תאיים הללו מהווים חלק ניכר מהפיטופלנקטון החי חופשי, המהווה את הבסיס של מארג המזון באוקיינוסים ובאגמים. כמה מינים, כולל Prorocentrum cordatumיכול להתרבות במים חמימים ועשירים בחומרי מזון וליצור פריחת אצות מזיקה.
חתך של תא של המיקרו-אצה Prorocentrum cordatum. הגרעין עם הכרומוזומים נמצא בצד ימין. כלורופלסט דמוי חבית בודד תופס 40 אחוז מנפח התא. קרדיט: אוניברסיטת אולדנבורג / קבוצת מיקרוביולוגיה כללית ומולקולרית
"חקרנו את האורגניזם הזה מכיוון שלמרות הרלוונטיות הסביבתית שלו, ביולוגיה של התא והפיזיולוגיה המטבולית שלו עדיין לא מובנות", אמר ראבוס. בנוסף לחקר הפוטוסינתזה במיקרו-אצות, החוקרים בחנו גם את מבנה גרעיני התא שלהם ואת תגובתם ללחץ חום בשיתוף עם צוותים מאוניברסיטאות הנובר, בראונשווייג ומינכן וקבעו את הממצאים בשני מאמרים נוספים שפורסמו לאחרונה. .
טכניקות הדמיה מתקדמות חושפות מבנים סלולריים ייחודיים
באמצעות מיקרוסקופ אלקטרוני סורק רב עוצמה עם קרן יונים ממוקדת באוניברסיטת Ludwig-Maximilians-Universität מינכן, הצוות בראשות ראבוס והסופרת הראשית יאנה קלוולאג' מהמכון לכימיה וביולוגיה של הסביבה הימית (ICBM) הצליח לשחזר את השלושה. -ארכיטקטורה ממדית של הכלורופלסטים, שם מתרחשת פוטוסינתזה. המדענים הצליחו ליצור כ-600 שכבות תמונה של תא אצות בודד ולאחר מכן לשלב את החתכים כדי ליצור תמונה מרחבית תלת מימדית ברזולוציה גבוהה של האורגניזמים החד-תאיים בצורת אליפסה, שהם בדרך כלל בסביבות 10 עד 20 אלפיות באורך מילימטר. הניתוח גילה את זה Prorocentrum cordatum יש להם רק כלורופלסט דמוי חבית בודד שתופס 40 אחוז מנפח התא שלהם.
ניתוחים פרוטאומיים (חלבון) גילו אז הבדלים ניכרים בין המנגנון הפוטוסינתטי של המיקרו-אצות לזה של Arabidopsis thaliana, צמח מודל שנחקר היטב בחקר הגנטיקה. בשני המינים, פוטוסינתזה מתרחשת במבני חלבון מורכבים המשובצים במערכת הממברנות הענפה של הכלורופלסט.
עם זאת, ב Prorocentrum cordatum הצוות ראה שההמרה של אנרגיית השמש לאנרגיה ביוכימית מתרחשת במבנה גדול אחד המורכב ממספר רב של חלבונים, הידוע כ"מגה קומפלקס", בעוד שבכלורופלסטים של מיני הצמחים, השלבים השונים של הפוטוסינתזה מתרחשים במבנים מופרדים במרחב. . גם הצוות דיווח על כך פ. קורדאטום משתמש במספר רב של חלבונים שונים הקושרים פיגמנטים כדי ללכוד ביעילות אנרגיית שמש. "המגוון הזה הוא התאמה מיוחדת לתנאי האור המשתנים אליהם חשוף האורגניזם באוקיינוסים", הסביר ראבוס.
חקר מורכבות גנטית ויכולת הסתגלות
שני מחקרים נוספים שפורסמו בשנה שעברה מדגישים את הביולוגיה יוצאת הדופן של המיקרו-אצות: בראשון צוות גרמני-אוסטרלי שבו היו חברים גם חוקרי ICBM מצא כי לאורגניזמים יש גנום גדול מאוד עם פי שניים זוגות בסיסים מאשר בבני אדם. הצוות גם גילה שהאצות משנות את חילוף החומרים שלהן וקצב הגדילה שלהן מואט בתגובה ללחץ חום. בפרסום שני, הצוות בראשות ראבוס וקלוולאג' תיאר את גרעין התא בפירוט רב יותר, ודיווח כי פ. קורדאטום בעל 62 כרומוזומים, מספר גבוה באופן יוצא דופן הממלא כמעט את כל גרעין התא. תפקידם של חלק גדול מהחלבונים הגרעיניים שזוהו על ידי החוקרים אינו ידוע כעת, ציין הצוות.
"חקרנו כיצד המיקרו-אצה החשובה הזו מתפקדת ברמה המולקולרית. ממצאים אלו מהווים בסיס להבנה טובה יותר של תפקידו בסביבה", הדגיש רבוס. חקירות נוספות יכולות לספק תשובות לשאלות כמו כיצד מגיב חילוף החומרים של האורגניזם לגורמי דחק אחרים – ומדוע המין מסוגל להסתגל למגוון כה רחב של תנאים סביבתיים, מאלו באזורים הטרופיים לאלה באקלים ממוזג, הוא הסביר.
המחקר מומן על ידי קרן המחקר הגרמנית.
