Denken Sie an Algen, und Sie denken vielleicht an die leuchtend grünen Stränge, die in einem Bach plätschern, oder an die blaugrünen Blumen, die in Seen eindringen. Aber die meisten dieser verschiedenen Wasserorganismen, die Sonnenlicht gegen Energie austauschen, haben eine braune Farbe, wie die großen Kelpwälder, die in Polarregionen oder an der kalifornischen Küste zu finden sind.

Braunalgen sind braun (und daher nicht so hübsch), weil sie einen speziellen Satz von Pigmenten entwickelt haben, die noch mehr Licht für die Photosynthese absorbieren als grüne Pflanzen und Grünalgen. Das macht Braunalgen extrem wichtig für das Leben auf der Erde, denn sie produzieren 20 % des Sauerstoffs, den wir atmen. Die biochemischen Mechanismen, mit denen diese Braunalgen Sonnenlicht so effizient in Energie umwandeln, waren Wissenschaftlern bisher ein Rätsel.

Biologen der Colorado State University haben in Zusammenarbeit mit deutschen und chinesischen Forschern grundlegende neue Informationen über die Evolutionsschritte dieser Algen enthüllt, um ihre neuen braunen Pigmente namens Fucoxanthin herzustellen.

Graham Peers, außerordentlicher Professor am Fachbereich Biologie der CSU, leitete die Studie gemeinsam mit Martin Lohr von der Johannes Gutenberg-Universität in Deutschland und Xiaobo Li von der Westlake University in Hangzhou, China. Posten Sie ein Proceedings of the National Academy of Sciences, Das Team verwendete die als CRISPR/CAS9 bekannte genetische Untersuchungsmethode, um die Funktion von Genen zu unterdrücken, die für das braune Pigment der Algen verantwortlich sind, wodurch ihre mutierten Sorten grün werden. Der CSU-Postdoktorand Yu Bai war der Erstautor des Manuskripts.

Die Peers-Gruppe, die die photosynthetische Effizienz und Ökophysiologie von Algen untersucht, identifizierte die Zielgene und führte die Experimente durch, die es dem Team ermöglichten zu sehen, was passierte, wenn diese braunpigmentbezogenen Gene ausgeschaltet wurden.

Fucoxanthin hat nutrazeutische und pharmazeutische Anwendungen

In den letzten zehn Jahren ist Fucoxanthin zu einem Thema von wachsendem Interesse für nutrazeutische und pharmazeutische Anwendungen geworden. Vor 150 Jahren erstmals in der wissenschaftlichen Literatur erwähnt, wurde die chemische Struktur von Fucoxanthin in den 1960er Jahren aufgeklärt, nicht bekannt war, wie Algen diesen Naturstoff synthetisieren.

Dieser biochemische Syntheseweg hat sich als komplex erwiesen; schreiben PNAS, Die Forscher zeigten, dass sich Fucoxanthin, ein braunes Pigment, durch die Vervielfältigung alter Gene entwickelt hat, die lichtschützende Pigmente erzeugen. Einige dieser Genkopien haben im Laufe der Zeit immer komplexere Funktionen erhalten, die die Synthese anderer Pigmente ermöglichen, die sich für die Photosynthese als äußerst geeignet erwiesen haben.

„Diese Algen sind irgendwie in der Lage, ihre Zellmaschinerie zu mischen und anzupassen und dann neu zu programmieren, um Licht auf eine Weise einzufangen, die Landpflanzen nicht haben“, sagte Peers.

Die neue Studie bietet einen reichhaltigen Kontext, auf dem weitere Studien aufbauen können, die eine Übertragung der extremen Lichtsammeleffizienz des braunen Pigments auf andere Organismen oder Anwendungen ermöglichen könnten.

Wenn Sie beispielsweise mehr über die Evolution von Braunalgen erfahren, könnten Wissenschaftler einen besseren Einblick in das Pigment Fucoxanthin als Nutrazeutika für verschiedene Gesundheitsanwendungen erhalten. Und in der Biokraftstoffforschung, um zu verstehen, wie die Änderung des Gehalts dieses Pigments in einer Zelle zu einer besseren photosynthetischen Effizienz führen könnte, um größere Mengen an Biokraftstoffen mit der gleichen Menge an Licht, Boden und Aufwand wie herkömmliche Kraftstoffe zu produzieren.