החוקרים פיצחו את מנגנון הפוטוסינתזה באצה שגדלה הכי מהר בעולםהגילויים ישמשו במחקרים עתידיים בתחום מזון בר-קיימא
אוניברסיטת תל אביב
אצה ירוקה
מה גורם לאצה מסוימת לקבל את התואר "הצמח שגדל הכי מהר בעולם"? מחקר חדש בהשתתפות חוקר מאוניברסיטת תל אביב ניסה לעקוב אחר מאפייני הפוטוסינתזה של אצה מסוג "כלורלה אוהדי", אצה ירוקה שלהערכת החוקרים נחשבת לצמח שגדל בצורה המהירה ביותר.
מתוך ממצאי המחקר עולה כי הגורמים המרכזיים לקצב הפוטוסינתזה המהיר, טמונים בתהליכי חילוף החומרים היעילים. החוקרים מצאו כי לאצה זו יכולת ייחודית לחולל תגובה כימית שבמסגרתה היא מצליחה למחזר את אחד הרכיבים שבשימוש אנזים בשם RuBisCO בצורה יעילה ומהירה, באופן אשר מזרז את תהליכי הפוטוסינתזה במידה משמעותית. המחקר נערך בהובלת חוקרים ממכון מקס פלאנק בגרמניה, בהם גם ד"ר חיים טרבס, כיום חבר סגל בביה"ס למדעי הצמח ואבטחת מזון בפקולטה למדעי החיים באוניברסיטת תל אביב. המחקר פורסם בכתב העת היוקרתי Nature Plants.
במסגרת המחקר החוקרים ביקשו לבחון האם ניתן לשפר את יעילות הפוטוסינתזה בצמחים, תהליך אנרגטי שמתרחש בטבע מזה כ-3.5 מיליארדי שנים. כדי להשיב על שאלת המחקר, החוקרים החליטו להתמקד באצות ירוקות, ובמיוחד בזן "כלורלה אוהדי". אצה זו מתאפיינת ביכולתה לשרוד בתנאי קיצון של חום וקור המאלצים אותה לגלות חוסן ולגדול בצורה מהירה ביותר.
החוקרים העריכו שפיצוח שאלת ה"כלורלה אוהדי" (הקרויה על שם הבוטנאי המנוח פרופ' יצחק אוהד) יאפשר לשפר את יעילות הפוטוסינתזה גם בצמחים אחרים ובכך לפתח כלים הנדסיים חדשים שיספקו מענה תזונתי בר-קיימא.
שוני ברשתות חילוף החומרים
בתהליך הפוטוסינתזה, צמחים ואצות ממירים מים, אור ופחמן דו חמצני, לסוכר ולחמצן החיוניים לפעולתם. החוקרים השתמשו בשיטות מיקרו-זרימה חדשניות המבוססות על עקרונות פיזיקליים, כימיים וביוטכנולוגיים מורכבים, זאת על מנת לספק לאצות פחמן דו חמצני בצורה מדודה ומבוקרת ולעקוב אחר הפוטוסינתזה "און-ליין".
החוקרים זיהו במבט השוואתי כי קיים הבדל עקרוני בתהליכי הפוטוסינתזה המתבצעים באצות ירוקות, למול צמחי מודל. לטענתם ההבדל מבוסס על שוני ברשתות חילוף החומרים, והבנתו תסייע בהתוויית פתרונות הנדסיים חדשניים בתחום מטבוליזם הצמח – ובכך גם להנדסה מיטיבה של תוצרת חקלאית עתידית.
ד"ר טרבס מסביר: "מחקרים אמפיריים הראו בעבר כי היעילות הפוטוסינתטית גבוהה יותר במיקרו-אצות בהשוואה לצמחים מסוג C3 או C4, שניהם סוגי צמחים בעלי מערכות הובלה אך שונים בתכלית מבחינת האנטומיה שלהם והאופן שבו הם מבצעים פוטוסינתזה. הבעיה היא שהקהילה המדעית למעשה עדיין לא יודעת להסביר את ההבדלים הללו בצורה מדוקדקת דיה".
האצת פיתוחים הנדסיים עתידים
ד"ר טרבס מוסיף: "במחקרנו זה מיפינו את דפוסי ייצור האנרגיה והמטבוליזם הפוטוסינתטי באצות הירוקות והשווינו אותם לנתונים קיימים וחדשים שנאספו מצמחי מודל. הצלחנו לזהות בצורה ברורה מהם הגורמים הביו-פיזיקליים המשליכים על השוני בדפוסים אלה. המחקר שלנו מחזק הערכות שהיו קיימות בעבר על כך שהמסלול המטבולי שאחראי על אותו מיחזור, הוא אחד מצווארי הבקבוק המרכזיים בפוטוסינתזה בצמחים. הצעד המתבקש הבא הוא לייצא את הגנים המעורבים במסלול הזה ובמסלולים אחרים בהם זיהינו הבדלים מאצות, ולבדוק האם החדרתם לצמחים בהנדסה מטאבולית תגביר את קבצי הגידול או היעילות הפוטוסינתטית של צמחים.
ארגז הכלים שהרכבנו יאפשר לרתום את המסקנות מהמחקר לצורך האצת פיתוחים הנדסיים עתידים בתחום מזון בר-קיימא המבוסס על אצות כמאגר גנטי לשיפור צמחים, שכן המעקב אחר התהליך הפוטוסינתטי הוא כמותי וברזולוציה גבוהה והאצות הן מקור בלתי נדלה של אפשרויות לשיפור היעילות הפוטוסינתטית".
"ומעבר לכך", מסכם ד"ר טרבס, "מדובר בגאווה ישראלית – זוהי אצה שבודדנו מקרומי קרקע באזור ניצנה, ליד הגבול עם מצרים. במשך 30 שנה נחקרה הפוטוסינתזה בכל מיני אורגניזמים ובכל מיני סביבות, בעיקר ימיות. תחושת הבטן של המנחה שלי לדוקטורט, פרופ' אהרון קפלן, הייתה שהמקומות המעניינים הם המקומות הקיצוניים ואכן ההימור הצליח בענק. חלק גדול מהריאקציות בצמחים אורך פחות משנייה וזה היה מרתק לנסות ולהבין מדוע קצב הצמיחה הוא כל כך מהיר.
ברמה הביוטכנולוגית, האצה הזו היא פלטפורמה, כי היא מסוגלת לגדול בסביבות שבהן אצות אחרות לא יכולות לצמוח. בהמשך למחקר, יש פניות שונות ומגוונות שמתעניינות באורגניזם הזה, לרבות מאיחוד האמירויות, שם האקלים מדברי, שכן האצה עשויה לשמש לתעשיית הקוסמטיקה, הרפואה והמזון".
צילום שחר שחר, דוברות אוניברסיטת תל אביב
