Algen hebben een superkracht die hen helpt snel en efficiënt te groeien. Nieuw werk onder leiding van Carnegie's Adrien Burlacot legt de basis voor de overdracht van dit vermogen naar landbouwgewassen, die kunnen helpen meer mensen te voeden en klimaatverandering tegen te gaan. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in Nature .

Plantencellen, algen en bepaalde bacteriën zijn in staat de energie van de zon om te zetten in chemische energie met behulp van een reeks biochemische reacties die bekend staan ​​als fotosynthese. Dit proces maakte de atmosfeer van de aarde zuurstofrijk, waardoor dierlijk leven kon ontstaan ​​en gedijen, en het ondersteunt onze hele voedselketen.

Fotosynthese vindt plaats in twee fasen. In de eerste wordt licht geabsorbeerd en gebruikt om energiemoleculen te synthetiseren, met zuurstof als bijproduct. Deze energiemoleculen worden vervolgens gebruikt om de tweede fase aan te drijven, waarin koolstofdioxide uit de lucht wordt gefixeerd in op koolstof gebaseerde suikers, zoals glucose en sucrose.

Omdat fotosynthese zo'n oud proces is - een proces dat dateert van vóór en in feite de huidige samenstelling van de atmosfeer heeft gevormd - is het niet bijzonder efficiënt. Het mechanisme waarmee planten koolstofdioxide uit de lucht halen, is het slachtoffer van zijn eigen succes. In een koolstofdioxide-rijke atmosfeer was het voor planten een fluitje van een cent om de benodigde koolstof voor de tweede fase te pakken. Maar nu is het een ander verhaal en worden planten beperkt door de nog steeds kleine hoeveelheid koolstofdioxide in de atmosfeer en kunnen ze deze niet efficiënt afsluiten.

Gelukkig hebben fotosynthetische algen mechanismen ontwikkeld die hun efficiëntie verhogen door kooldioxide te concentreren rond het enzym dat verantwoordelijk is voor het omzetten ervan in suikers. Deze biochemische boost maakt deel uit van wat ervoor zorgt dat algen zo snel kunnen groeien.

"Als de cellulaire hulpmiddelen die aan dit vermogen ten grondslag liggen, kunnen worden benut, zouden we productievere fabrieken kunnen bouwen", legt Burlacot uit. "Dit zou helpen in de strijd tegen klimaatverandering door meer koolstofdioxide uit de atmosfeer op te slaan en de honger in de wereld te helpen bestrijden door meer voedsel te produceren."

Burlacot en medewerkers van de Universiteit van Aix-Marseilles - Ousmane Dao, Pascaline Auroy, Stephan Cuiné, Yonghua Li-Beisson en Gilles Peltier - waren in staat om het energiepad op te helderen dat het vermogen van algen om koolstofdioxide te concentreren aanstuurt.

Om over de biologische membranen te worden getransporteerd waarin de tweede fase van fotosynthese plaatsvindt, moet de atmosferische kooldioxide worden omgezet in bicarbonaat en dan weer terug. De onderzoekers onthulden hoe cellen de energie creëren om deze reeks veranderingen aan te drijven, waardoor koolstofdioxide kan worden geconcentreerd zonder in de stroomvoorziening van de cel voor het koolstoffixatieproces te snijden.

"Het is al lang bekend dat het vermogen van algen om koolstofdioxide te concentreren en de fotosynthetische efficiëntie te verbeteren, energie vereiste, maar de moleculaire mechanismen van dit proces zijn tot nu toe slecht begrepen", concludeerde Burlacot. "Ons werk heeft de energetische toolbox ontrafeld die we nodig hebben om de koolstofopname bij fotosynthese te verbeteren."