חוקרים בפקולטה לביולוגיה בטכניון: חלק ניכר מהחיידקים בים ובמקווי מים מתוקים נעזרים ב”אנטנות” המשפרות את ניצול אור השמש לטובת התא

קבוצת המחקר של פרופ’ בז’ה חוקרת רודופסינים (Rhodopsins) – חלבונים ייחודיים הממירים עבור החיידק אנרגיית אור לאנרגיה כימית המאפשרת לתא לשרוד ולתפקד. בניגוד למערכות פוטוסינתזה, שהן מערכות מורכבות ומרובות חלבונים, כאן מדובר בחלבון בודד ש”עושה את העבודה”. עבור החיידק המחזיק בו, הרודופסין הוא נכס אנרגטי רב משמעות.

פרופ’ עודד בז’ה (משמאל) והדוקטורנט אריאל חזן

הרודפסינים הראשונים התגלו ב-1876, ומאז חלו כמה קפיצות דרך משמעותיות במחקר בנושא. קבוצת המחקר של פרופ’ בז’ה, מהקבוצות המובילות בתחום, גילתה לפני כמה שנים משפחה נוספת של רודופסינים ((Heliorhodopsins בעלי תכונות מבניות ייחודיות.

ידוע שרודופסינים בנויים מחלבון וממולקולת רטינל הקולטת את אור השמש וממירה אותו לאנרגיה הדרושה לתא. על פי הסברה המקובלת בעשורים האחרונים זה המבנה הבסיסי הנפוץ של הרודופסין. בשנים האחרונות התברר שלחלק מועט מהרודופסינים יש גם אנטנה, כלומר מגבר אנרגיה המגדיל בעשרות אחוזים את כמות האנרגיה העומדת לרשות התא. אנטנות אלו עשויות ממולקולות קרטנואידים מיוחדות.

הגדה הצפונית של הכנרת (המעבדה הלימנולוגית-כנרת)

עם זאת, עד כה נהוג היה לחשוב שזוהי תופעה נדירה מאוד שאינה נפוצה באוקיינוסים ובאגמים. חוקרי הטכניון מראים במאמרם כי אנטנות קרטנואידיות נפוצות (כגון zeaxanthin) אינן חלק נדיר ברודופסינים – להפך, הן מצויות ביותר משליש מהרודופסינים במיקרובים בים, באוקיינוס ובמים מתוקים. מאחר שרודופסינים הם חוליה חשובה בתחתית שרשרת המזון, לאנטנות אלו השפעה עצומה על האקולוגיה של מקווי המים בעולם ועל מכלול החיים שבמעלה השרשרת.

איסוף דוגמאות מים למיצוי קרוטנים מהסביבה

החוקרים מצאו את האנטנות האמורות באמצעות “דיג” של אנטנות ורודופסינים בכנרת. את הדגימות הם ניתחו בשיטות שונות ובהן מטגנומיקה פונקציונלית. כך הם גילו את את הקומפלקסים של רודופסין-אנטנה, קישור שהם מתכוונים להמשיך ולחקור. לדבריהם, אנטנות קרטנואידיות עשויות להגביר את אספקת האנרגיה לרודופסין בכ-40% – מה שמספק למיקרובים הנושאים את הקומפלקסים יתרון הישרדותי עצום. האנטנות קולטות את האור הסגול-כחול, שחלק מהרודופסינים אינם יודעים לנצל, ומעבירות את האנרגיה למולקולת הרודופסין.

נקודת דיגום (Station A)

המחקר נערך בתמיכת הקרן הלאומית למדע.

איור ממצאי המחקר : משמאל: רודופסין מיקרוביאלי עם מולקולת רטינל. מימין: רודופסין מיקרוביאלי עם מולקולת רטינל ואנטנת zeaxanthin המספקת לו תוספת אנרגיה משמעותית – לעתים הגברה של עשרות אחוזים

למאמר המדעי ב-   Nature לחצו כאן