Słoneczne zasilanie zwierząt
Ponad miliard lat temu głodna komórka pochłonęła maleńkie sinice. Zamiast jednak po prostu je strawić, zawarła z nimi niezwykłe ewolucyjne porozumienie. Teraz naukowcy próbują odtworzyć ten cud w laboratorium. W niedawnym eksperymencie, opisanym w „Proceedings of the Japan Academy, Series B”, badacze przeszczepili fotosyntetyzujących potomków tych sinic – chloroplasty – do komórek chomika, gdzie przekształcały światło w energię i pozostawały aktywne przez co najmniej dwa dni.
W 2021 roku biolog Sachihiro Matsunaga z Uniwersytetu Tokijskiego opisał, jak ślimaki morskie z rodzaju Sacoglossa potrafią „kraść” chloroplasty ze spożywanych alg, co umożliwia im zaspokajanie potrzeb energetycznych całymi tygodniami. Jego zespół postanowił odtworzyć ten mechanizm w innych komórkach zwierzęcych.
Wcześniejsze próby przeniesienia chloroplastów roślinnych do komórek grzybów kończyły się porażką, ponieważ mechanizmy „sprzątania” tych komórek niszczyły obce organelle w ciągu kilku godzin. Zespół Matsunagi wykorzystał wyjątkowo wytrzymałe chloroplasty z czerwonych alg, które żyją w kwaśnych, wulkanicznych gorących źródłach, i umieścił je w komórkach jajnika chomika hodowanych w laboratorium. Badacze wyizolowali chloroplasty z komórek alg za pomocą wirówki i delikatnego mieszania. Zamiast przebijać błony komórek gospodarza, jak w poprzednich próbach, dostosowali skład pożywki hodowlanej tak, aby zmusić komórki zwierzęce do pochłonięcia chloroplastów, jak robią to ameby. „Komórki myliły je z substancjami odżywczymi” – wyjaśnia Matsunaga.
Przeszczepione chloroplasty zachowały swoją strukturę i wykazały skuteczny transport elektronów – kluczowy etap przetwarzania światła – przez dwa dni, zanim zaczęły się rozpadać. Wcześniejsze próby przeszczepu chloroplastów do obcych komórek działały tylko przez kilka godzin. „Byłem pod wrażeniem, że udało im się osiągnąć tak długi czas działania”, mówi biolog komórkowy Jef D. Boeke z Grossman School of Medicine przy NYU.
Jednak wciąż pozostają wyzwania: chloroplasty muszą mieć zapewnioną stałą dostawę białek z komórki. „Komórki zwierzęce nie mają niezbędnych genów do produkcji i transportu tych białek, więc chloroplasty szybko ulegają rozpadowi” – tłumaczy Werner Kühlbrandt, biolog strukturalny z Max-Planck-Institut für Biophysik we Frankfurcie. Podobnie jak Boeke, nie brał on udziału w badaniu.
W dalszej kolejności zespół Matsunagi planuje wprowadzenie genów podtrzymujących fotosyntezę do komórek zwierzęcych, aby uczynić je bardziej kompatybilnymi z przeszczepionymi chloroplastami.
Tego rodzaju przeszczepy mogą w przyszłości pomóc naukowcom w tworzeniu żywych materiałów, mówi Boeke, takich jak fotosyntetyzujące grzyby lub bakterie, umieszczane na dachach w celu pochłaniania dwutlenku węgla z atmosfery, czy organoidy laboratoryjne, które rosłyby szybciej dzięki dodatkowi tlenu z chloroplastów.
Oczywiście ludzie zasilani energią słoneczną to wciąż czysta fantazja, zaznacza Matsunaga: „Potrzebowaliby powierzchni wielkości kortu tenisowego pokrytej chloroplastami.”