يسعى باحثون في المعهد الملكي للتكنولوجيا (KTH) بالسويد إلى تحسين كفاءة التمثيل الضوئي عبر هندسة إنزيم «روبسكو» (Rubisco)، في خطوة قد تسهم مستقبلاً في تطوير محاصيل تتحمل ظروف الجفاف وارتفاع درجات الحرارة.
فحص 15 ألف نسخة معدلة وراثياً
أنشأ الفريق نحو 15 ألف نسخة معدلة من إنزيم روبسكو البكتيري السريع، واختبرها داخل خلايا حية قادرة على التمثيل الضوئي. حددت الدراسة طفرات ساعدت الخلايا على النمو، وقللت من تفاعل الإنزيم غير المرغوب فيه مع الأكسجين، مع الحفاظ على سرعة معالجة الكربون.
تعقيد الطفرات المشتركة
أظهرت النتائج أن الطفرات المفيدة غالباً ما تفشل عند دمجها معاً، كما عجزت النماذج الحاسوبية عن التنبؤ بالتركيبات الناجحة. يقول بول هدسون، أستاذ بيولوجيا النظم في المعهد: «تأثيرات طفرات روبسكو معقدة ويصعب التنبؤ بها دون كم كبير من البيانات التجريبية».
من البكتيريا إلى النباتات
ركز البحث على إنزيم بكتيري لبساطة تركيبه وسهولة اختباره على نطاق واسع، مما يوفر مبادئ هندسية يمكن تجربتها لاحقاً في إنزيمات النبات وخلاياه. بعض أشكال روبسكو البكتيرية من النوع الثاني تعالج ثاني أكسيد الكربون أسرع من إنزيم النبات، لكنها أقل انتقائية للكربون.
منصة فحص عالية الإنتاجية
استخدم الفريق منصة فحص مطورة تحمل كل نسخة وسم DNA قصيراً، مما مكن من تتبع كفاءة آلاف المرشحين في وقت واحد، بما في ذلك خلايا بطفرات مفردة ومجمعة. نُشرت النتائج في دورية «ساينس أدفانسز».
خطوات مستقبلية
سيركز العمل القادم على تقليل تفاعل الأكسجين في المتغيرات الواعدة، ودراسة الوحدات البنائية للإنزيم التي تحدد اختياره لثاني أكسيد الكربون. كما يختبر الباحثون إنزيمات جديدة في خلايا نباتية وبكتيريا زرقاء تنتج مواد كيميائية مفيدة ضمن مشروع ممول من الاتحاد الأوروبي.
