Vědci pronikli do struktury unikátního proteinového superkomplexu rostlin

Biofyzici a biochemici z Centra regionu Haná pro biotechnologický a zemědělský výzkum (CRH) odhalili strukturu proteinového superkomplexu, který se nachází uvnitř chloroplastů a pomáhá rostlinám přečkat nepříznivé podmínky. Významný příspěvek k poznání fungování rostlin za stresových podmínek letos otiskl odborný časopis Plant Journal.

„Provedli jsme strukturní charakterizaci jednoho z proteinových superkomplexů, fotosystému I – NAD(P)H dehydrogenázy, který patří k funkčním jednotkám fotosyntetického aparátu rostlin. Podstatná část práce byla zaměřena na izolaci tohoto superkomplexu, protože za běžných podmínek je jeho množství v rostlinách relativně malé. Koncentrace superkomplexů narůstá při stresových podmínkách,“ uvedl Roman Kouřil z oddělení biofyziky CRH.

Podle něj bylo nutné nejdříve najít optimální způsob izolace superkomplexu v přirozeném stavu a následně provést jeho strukturní charakterizaci pomocí jednočásticové transmisní elektronové mikroskopie a obrazové analýzy.

„Je to první odhalená struktura tohoto superkomplexu. V minulosti byl již izolovaný, ale ne zřejmě v dostatečné míře. My jsme jej dokázali získat v dostatečném množství potřebném pro strukturní analýzu. Ta ukázala, z jakých komponent se superkomplex skládá a jak spolu jednotlivé části interagují,“ uvedl vedoucí oddělení biofyziky CRH Petr Ilík. Izolaci provedli vědci na ječmenu, který je vzhledem k rychlému růstu oblíbenou modelovou rostlinou.

Pomáhá rostlině přežít stres

Izolovaný superkomplex se uplatňuje zejména tehdy, když jsou rostliny vystaveny stresovým podmínkám, tedy například vysoké intenzitě světla či vysoké teplotě. V takových případech rostliny fungují odlišně než za optimálních podmínek a začnou vyrábět látky, jež potřebují k životu, záložním způsobem.

Analýzu provedli výzkumníci ve spolupráci s pracovištěm v Nizozemí, kde Kouřil pracoval téměř devět let. V současné době se metoda strukturní analýzy pomocí elektronové mikroskopie zavádí i v Olomouci, kde již mají odborníci k dispozici potřebné zázemí. „Plánujeme spolupráci s Regionálním centrem pokročilých technologií a materiálů, kde potřebný transmisní elektronový mikroskop již mají. Obrazovou analýzu budeme provádět u nás na oddělení biofyziky,“ uvedl Kouřil.

Zahraniční partneři stojí o spolupráci

Výsledky několikaletého bádání otevírají zdejším vědcům další možnosti spolupráce. Na loňské konferenci v USA ji navázali s předním japonským pracovištěm, které tyto superkomplexy studuje na huseníčku rolním. „Mají zájem o to, abychom prováděli strukturní analýzu superkomplexu na mutantech huseníčku a zjišťovali důležitost jednotlivých podjednotek při formování superkomplexu,“ prozradil Kouřil.

Olomoučtí badatelé ale mají i další cíle. Chtějí izolovat nejen tento, ale i další proteinové superkomplexy v co možná nejpřirozenější podobě. Tedy tak, jak se vyskytují v membránách. „Snažíme se najít metody, které budou pro superkomplexy velmi šetrné. Jednou z nich je takzvaná bezbarvá nativní polyakrylamidová elektoforéza. Snažíme se optimalizovat její podmínky tak, abychom z tylakoidních membrán chloroplastů dostali superkomplexy co nejméně porušené. To je docela věda,“ uzavřel Ilík.

Profesor Petr Ilík, doktorand Lukáš Nosek a biofyzik Roman Kouřil v laboratoři Centra regionu Haná (zleva).