كشف باحثون عن صور عالية الدقة للبروتينات الضوئية في البكتيريا الأرجوانية، مما قد يمهد الطريق لتطوير أنظمة تمثيل ضوئي اصطناعية متقدمة، مما يعزز إنتاج الطاقة النظيفة ويعمق فهمنا لتطور الحياة على الأرض.

اختراق في أبحاث التمثيل الضوئي للبكتيريا

قام علماء من جامعة ليفربول، بالتعاون مع زملائهم، بتوسيع معرفتنا حول التمثيل الضوئي للبكتيريا. باستخدام تقنيات متقدمة، تمكن الفريق من الكشف عن صور مفصلة لمجمعات البروتين الضوئية الرئيسية في البكتيريا الأرجوانية، مما يوفر رؤى جديدة حول كيفية استغلال هذه الكائنات للطاقة الشمسية.

نشرت هذه الدراسة في 9 أكتوبر 2024، وتعزز معرفتنا بالتمثيل الضوئي للبكتيريا كما تقدم تطبيقات محتملة في تطوير أنظمة تمثيل ضوئي اصطناعية لإنتاج الطاقة النظيفة.

التمثيل الضوئي البكتيري: أساس النظم البيئية

كما هو الحال مع النباتات، طورت العديد من البكتيريا القدرة المذهلة على تحويل الضوء إلى طاقة من خلال عملية التمثيل الضوئي البكتيري. تمكن هذه العملية البيولوجية الحيوية الكائنات الدقيقة من لعب دور أساسي في دورات العناصر الغذائية العالمية وتدفق الطاقة في النظم البيئية، وتشكل قاعدة سلاسل الغذاء المائية. يساعد دراسة التمثيل الضوئي البكتيري القديم أيضًا في فهم تطور الحياة على الأرض.

ابتكارات في فهم التمثيل الضوئي

تمكنت فرق البحث من جامعة ليفربول، وجامعة المحيط في الصين، وجامعة هواجونغ الزراعية، وشركة Thermo Fisher Scientific من التقاط صور مفصلة لأشكال المونومير والثنائي لمركبات بروتين الغشاء RC-LH1، مما يكشف عن ميزات فريدة تميز بكتيريا Rhodobacter blasticus عن أقاربها المقربين، مما يبرز التنوع الكبير في أنظمة التمثيل الضوئي بين البكتيريا الأرجوانية.

قال البروفيسور لونينغ ليو، رئيس قسم الطاقة الحيوية والهندسة الحيوية الميكروبية في جامعة ليفربول: "من خلال كشف هذه الآليات الضوئية الطبيعية، نفتح آفاقا جديدة لتصميم أنظمة أكثر كفاءة لحصد الضوء ونقل الطاقة. تمثل هذه الدراسة خطوة كبيرة إلى الأمام في فهم كيفية تحسين البكتيريا لآلات التمثيل الضوئي لديها، مما يوفر رؤى قيمة قد تسهم في ابتكارات مستقبلية للطاقة النظيفة."

تنوع هيكلي في التمثيل الضوئي

أحد الميزات الفريدة لمركب RC-LH1 الثنائي في بكتيريا R. blasticus هو تكوينه الأكثر تسطحا مقارنةً بنظيراته من الأنواع النموذجية الأخرى. يوفر هذا التكوين أساسًا لانحناء غشاء محدد وكفاءة في نقل الطاقة داخل البكتيريا.

على عكس بعض الأنواع القريبة، تفتقر R. blasticus إلى مكون بروتيني يُدعى PufY في بنية RC-LH1. أظهرت الدراسة أن غيابه يتم تعويضه بوحدات فرعية إضافية لجمع الضوء، مما يخلق بنية LH1 أكثر إحكاما. تم تحديد أن هذا يؤثر على معدلات نقل الإلكترونات في بنية RC-LH1.

تدمج هذه الدراسة المنهجية بين علم الأحياء الهيكلي والمحاكاة الحاسوبية والدراسات الطيفية لتقديم رؤى جديدة حول كيفية تجميع مجمعات التمثيل الضوئي البكتيرية ودورها في نقل الإلكترونات، وهي عمليات أساسية لإنتاج الطاقة.

أضاف البروفيسور لونينغ ليو: "تظهر نتائجنا التنوع الهيكلي لمجمعات التمثيل الضوئي حتى بين الأنواع البكتيرية المتقاربة. يعكس هذا التنوع على الأرجح تكييفات تطورية مختلفة لظروف بيئية محددة. نحن سعداء بأن نتمكن من تقديم تفاصيل جزيئية مهمة في دراسة آليات التمثيل الضوئي والتطور."