Учёные из Гарвардского университета заставили цианобактерии производить фермент, которого на Земле не было уже три миллиарда лет. Изучение древнего белка позволит понять, как первые фотосинтезирующие организмы наполнили кислородом атмосферу древней Земли.
Учёные воскресили гены «дедушки» фотосинтеза

Атмосфера Земли наполнилась кислородом около 2,5 миллиардов лет назад в результате жизнедеятельности первых фотосинтезирующих организмов. Это событие называют то Кислородной катастрофой (потому что из-за изменения состава атмосферы вымерли или были вытеснены в бескислородные резервации анаэробные организмы), то Кислородной революцией — потому что новая атмосфера породила новые формы жизни.

Первым фотосинтезирующим бактериям пришлось серьёзно поработать со своим метаболизмом — в частности, научиться вырабатывать рибулозобисфосфаткарбоксилазу (RuBisCO), фермент, связывающий углекислый газ. Сегодня RuBisCO — самый распространённый фермент на Земле. Его кодирует ряд генов, значительно изменившихся с тех пор, как первые цианобактерии выпустили в атмосферу первые кубометры кислорода. Быстрее всего изменения в этих генах накапливались в эпоху Кислородной революции — организмам нужно было быстро приспосабливаться к изменениям в атмосфере. Модель молекулы рибулозобисфосфаткарбоксилазы. Wikicommons Модель молекулы рибулозобисфосфаткарбоксилазы.

Чтобы узнать, как эволюционировали гены, ответственные за синтез RuBisCO, эволюционный биолог Бетул Качар (Betül Kacar) из Гарварда и её коллеги сравнили эти гены у ряда современных фотосинтезирующих организмов и воссоздали последовательность генов, которая могла отвечать за синтез этого фермента у общего предка всех фотосинтезирующих организмов.

Воспользовавшись технологией редактирования генома CRISPR, учёные собрали нужные фрагменты ДНК и встроили их в геном современной цианобактерии, предварительно удалив из него соответствующие «родные» гены. Генномодифицированные бактерии начала вырабатывать древний фермент, которого не существовало на Земле уже около 3 миллиардов лет. Такие ГМ-бактерии дают учёным дополнительный источник информации об экологии древней Земли (до этого единственным источником знаний о том, как жили первые фотосинтезирующие организмы, была геология).

О результатах своей работы Качар рассказала на конференции по астробиологии в городе Месе, штат Аризона, кратко её доклад пересказывает журнал New Scientist.