A descoberta de como funciona uma enzima crítica “escondida no projeto da natureza” lança uma nova luz sobre como as células controlam processos-chave na fixação de carbono, um processo fundamental para a vida na Terra.

A descoberta, feita por cientistas da Universidade Nacional Australiana (ANU) e da Universidade de Newcastle (UoN), poderá ajudar a conceber culturas resistentes ao clima, capazes de sugar dióxido de carbono da atmosfera de forma mais eficiente, ajudando a produzir mais alimentos no processo.

A pesquisa, publicada na Science Advances , demonstra uma função até então desconhecida de uma enzima chamada anidrase carboxisomal (CsoSCA), encontrada em cianobactérias – também chamadas de algas verde-azuladas – para maximizar a capacidade dos microrganismos de extrair dióxido de carbono da atmosfera. 

As cianobactérias são comumente conhecidas por sua proliferação tóxica em lagos e rios. Mas esses pequenos insetos azul-esverdeados são comuns e também vivem nos oceanos do mundo.

Embora possam representar um perigo ambiental, os pesquisadores os descrevem como “pequenos super-heróis de carbono”. Através do processo de fotossíntese, desempenham um papel importante na captura de cerca de 12% do dióxido de carbono mundial todos os anos.

Primeiro autor e PhD. o pesquisador Sacha Pulsford, da ANU, descreve como esses microrganismos são notavelmente eficientes na captura de carbono.

“Ao contrário das plantas, as cianobactérias têm um sistema chamado mecanismo de concentração de dióxido de carbono (CCM), que lhes permite fixar o carbono da atmosfera e transformá-lo em açúcares a uma taxa significativamente mais rápida do que as plantas e espécies agrícolas padrão”, disse Pulsford.

No coração do CCM estão grandes compartimentos de proteínas chamados carboxossomos. Essas estruturas são responsáveis ??por sequestrar o dióxido de carbono, abrigando o CsoSCA e outra enzima chamada Rubisco. As enzimas CsoSCA e Rubisco trabalham em uníssono, demonstrando a natureza altamente eficiente do CCM. O CsoSCA trabalha para criar uma alta concentração local de dióxido de carbono dentro do carboxossomo que Rubisco pode então engolir e transformar em açúcares para a célula consumir.

O autor principal, Dr. Ben Long, da UoN, disse: "Até agora, os cientistas não tinham certeza de como a enzima CsoSCA é controlada. Nosso estudo se concentrou em desvendar esse mistério, particularmente em um grande grupo de cianobactérias encontradas em todo o mundo. O que descobrimos foi completamente inesperado .

"A enzima CsoSCA dança ao som de outra molécula chamada RuBP, que a ativa como um interruptor. Pense na fotossíntese como fazer um sanduíche. O dióxido de carbono do ar é o recheio, mas uma célula fotossintética precisa fornecer o pão. Isso é RuBP Assim como você precisa de pão para fazer um sanduíche, a taxa de transformação do dióxido de carbono em açúcar depende da rapidez com que o RuBP é fornecido.

"A rapidez com que a enzima CsoSCA fornece dióxido de carbono à Rubisco depende da quantidade de RuBP presente. Quando há suficiente, a enzima é ligada. Mas se a célula ficar sem RuBP, a enzima é desligada, tornando o sistema altamente sintonizado e surpreendentemente, a enzima CsoSCA esteve incorporada no projeto da natureza o tempo todo, esperando para ser descoberta."

Os cientistas dizem que a engenharia de culturas que são mais eficientes na captura e utilização de dióxido de carbono proporcionaria um enorme impulso à indústria agrícola, melhorando enormemente o rendimento das culturas e reduzindo ao mesmo tempo a procura de fertilizantes azotados e sistemas de irrigação. Também garantiria que os sistemas alimentares mundiais fossem mais resilientes às alterações climáticas.

Sra. Pulsford disse: "Compreender como o CCM funciona não apenas enriquece nosso conhecimento dos processos naturais fundamentais para a biogeoquímica da Terra, mas também pode nos guiar na criação de soluções sustentáveis ??para alguns dos maiores desafios ambientais que o mundo enfrenta."