面臨著人口更多、氣候更加不確定的未來，研究人員正在尋找提高作物產量的方法，他們正在尋找光合細菌來尋找工程解決方案。
在生物化學雜誌（“β-羧基體結構蛋白的小RbcS樣結構域，CcmM，在與RbcS亞基結合的位點上結合RubisCO”），一個加拿大研究小組報告藍藻如何精細化光合作用中最浪費的步驟。
該研究調查了羧基體的組裝，其中細菌濃縮二氧化碳，提高了稱為RubisCO的關鍵酶的效率。
“基本上我們所吃的一切都是從RubisCO開始的。”加拿大安大略省圭爾夫大學教授，最近的論文的資深作者Matthew Kimber說。
新的結構證據表明，藍桿菌蛋白CcmM(橙色)與完全組裝的RuBisCo酶(黃色和綠色)結合，而不去除紅細胞亞基(黃色)。這種交聯混合物構成了羧基體的基礎，羧基體是一種隔間細菌，用來避免光呼吸。當RuBisCo固定氧氣而不是二氧化碳時，光呼吸是光合作用中浪費的一步，被認為會使某些作物減產20%以上。通過在羧基體中捕獲二氧化碳，細菌可以提高其濃度，幫助RuBisCo正確地固定二氧化碳。對羧基體組裝的深入瞭解可能有助於在不久的將來培育出高產作物。
面對人口增多和氣候不確定的未來，研究人員正在尋找提高作物產量的方法，他們正在尋找光合細菌的工程解決方案。
在《生物化學(“小β-carboxysome RbcS-like域的結構蛋白,CcmM,綁定二磷酸核酮糖羧化酶在網站不同於綁定紅血球單元”),一個加拿大研究小組報告如何藍藻手腕光合作用中最浪費的步驟之一。
這項研究調查了細菌濃縮二氧化碳的羧基體的組裝，提高了一種叫做RubisCO的關鍵酶的效率。
“基本上，我們吃的所有東西都是從RubisCO開始的，”加拿大安大略省圭爾夫大學(University of Guelph)教授馬脩金伯(Matthew Kimber)說。
這種酶由16個蛋白質亞基組成，對光合作用至關重要。利用從光中獲取的能量，它將二氧化碳整合到有機分子中，植物從有機分子中生成新的糖。不幸的是，它的效率不是很高。或者，從金伯的觀點來看，“RubisCO有一個非常吃力不討好的任務。”
這種酶是在一個二氧化碳普遍而氧氣稀少的古代世界進化而來的。因此，在區分這兩種氣體時，它不是很挑剔。現在，大氣環境發生了變化，RubisCO經常意外地捕獲氧氣，產生一種無用的化合物，然後工廠必須投入額外的能量來回收。
與植物相比，藍藻很少犯這樣的錯誤。這是因為細菌將它們的RubisCO聚集在稱為羧基體的緻密體中。細菌將碳酸氫鹽(簡單的水合二氧化碳)泵入細胞;一旦它進入了羧基體，酶就會把碳酸氫鹽轉化成二氧化碳。因為二氧化碳無法通過羧基體周圍的蛋白殼逃逸，所以濃度會升高，幫助RubisCO避免代價高昂的錯誤。
金伯對羧基體的興趣主要在於理解其組織的邏輯。“它們實際上是非常複雜的機器，”他解釋道。“藍藻會產生11種左右正常的蛋白質，這些蛋白質以某種方式自行組織成這種自我調節的巨型複合物，其大小可以超過一個小細胞。”
羧基體最令人印象深刻的技巧之一是自我組裝，金伯的實驗室開始研究這個問題。他們研究了一種叫做CcmM的蛋白質，它將RubisCO酶聚合成新的羧基體。他們知道CcmM的一部分看起來很像RubisCO的一個亞單位——以至於研究人員懷疑古代藍藻細菌最初是通過複製RubisCO基因來產生CcmM的。
該領域的大多數科學家認為，CcmM通過搶佔該亞基的位置與酶結合。但當金伯的實驗室用生物物理學技術對CcmM進行了詳細的觀察，觀察蛋白質的結構和結合時，結果顯示，人們普遍接受的觀點是錯誤的。沒錯，CcmM在形狀上與RubisCO小單位相似。但是它形成的複合物仍然包括所有8個小的亞基，這意味著CcmM不能從RubisCO亞基中竊取一個位點，而必須在其他地方完全結合。
“從生物學的角度來看，這是非常奇怪的，因為如果CcmM是通過複製小的亞基而產生的，那麼幾乎可以肯定，它最初的結合方式是相同的，”金伯說。“在某種程度上，它必須進化到更喜歡新的綁定站點。”
研究人員還發現，CcmM中結合區域之間的鏈接器足夠短，以至於“它不會纏繞RubisCO，而是像繩子上的珠子一樣將(單個酶)綁在一起。”通過幾個這樣的鏈接器隨機地綁定每個RubisCO，它將所有東西交聯到這個大球體中;你把它包上一個殼層，然後這個就變成了羧基
去年秋天，另一所大學的科學家報告說，他們已經成功地在菸草植物的葉綠體中製造出了一種被去除的羧基體。這些植物長得不是特別好，作者總結說它們帶走了太多的羧基;雖然它可以建在葉綠體中，但它對植物是一種拖累，而不是一種幫助。
更好地瞭解像CcmM這樣的蛋白質是如何參與羧基體的構建和功能的，可以幫助生物工程師在下一代工程植物中利用羧基體的效率。
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