V današnjem Znanstvenem britOFFu o pomembnem odkritju mednarodne skupine raziskovalk in raziskovalcev na področju raziskav fotosinteze. V znanstveni reviji Cell so v dveh člankih (Shimakawa, Demulder, Flori and Kawamoto et.al. in Nam et.al.) poročali o odkritju posebne proteinske ovojnice znotraj alg diatomej, ki lahko razloži visoko učinkovitost fotosintetze v teh morskih mikroorganizmih.

Diatomeje so skupina morskih alg, natančneje kremenastih alg, ki predstavljajo enega izmed fotosintetsko najaktivnejših organizmov v morju. Gre za droben enocelični organizem, ki pa je odgovoren za kar 20 odstotkov globalne fiksacije ogljikovega dioksida iz atmosfere. Ogljikov dioksid pretvarjajo v enostavnejše organske snovi, ki služijo kot hrana preostalemu življu v oceanih. Kljub temu da je proces fiksacije CO2 zaradi osrednjega encima ribuloze bisfosfat karboksilaze–oksidaze, krajše rubisko, znan po svoji nizki katalitični hitrosti, pa je proces fiksacije CO2 v diatomejah precej učinkovit. 

Odgovor na opaženo lastnost je že dolgo begal znanstveno skupnost, zato so, da bi se dokopali do odgovora, raziskovalci in raziskovalke v novi študiji zelo natančno preučili organiziranost in strukture celičnih organelov v diatomejah. Za pretvorbo CO2 v organsko snov v diatomejah skrbijo posebni organeli, ki se nahajajo v kloroplastih, imenovani pirenoidi. V njihovi notranjosti so zgoščeni encimi, v največji meri encim rubisko. Ta je odgovoren za vgradnjo molekule CO2 v organsko molekulo riboloza-1,5-bisfosfat. Da bi bolje razumeli organiziranost proteinov znotraj pirenoid, so se avtorji v študiji poslužili strukturnobioloških metod krioelektrosnke mikroskopije in tomografije. Uspeli so pridobiti zelo podrobne, visokoresolucijske rekonstrukcije organiziranosti in podrobnih struktur proteinov znotraj pirenoid. Analiza pridobljenih rekonstrukcij organelov je pokazala, da se na njegovih robovih nahaja edinstvena proteinska ovojnica, ki so jo poimenovali PyShell. 

Proteinska ovojnica, ki jo sestavljajo proteini ovojnice, organizirani v urejeno rešetasto strukturo, deluje kot nekakšna rešetka, ki uspešno zamejuje uhajanje ogljikovega dioksida iz organela in omogoča njegovo zgoščevanje v bližini encima rubiska. Z dodatnimi mutacijskimi eksperimenti so raziskovalci pokazali, da je prav uspešna tvorba proteinske ovojnice ključna za visoko učinkovitost fotosinteze. Ob uvedbi mutacij v proteinih ovojnice, ki so preprečile njen nastanek, se je namreč vgradnja CO2 drastično zmanjšala.

Odkritje je poleg temeljnega doprinosa k razumevanju procesa fotosinteze v diatomejah prinesla tudi nekaj upanja za razvoj optimalnejših načinov koncentriranja in fiksacije CO2 v organsko snov ter optimiziranja procesa fotosinteze v fotosintetskih organizmih.

Viri:
1. Diatom pyrenoids are encased in a protein shell that enables efficient CO2 fixation. Shimakawa, Ginga et al. Cell, Volume 187, Issue 21, 5919 - 5934.e19
2. A protein blueprint of the diatom CO2-fixing organelle. Nam, Onyou et al. Cell, Volume 187, Issue 21, 5935 - 5950.e18