Cyanobacteriën, de alomtegenwoordige blauwgroene algen die overal voorkomen, van warmwaterbronnen tot poolijs, bezitten een indrukwekkend vermogen om te gedijen in diverse omgevingen. Een belangrijke speler in hun aanpassingsvermogen is een licht-oogstende structuur, het phycobilisoom. Deze structuren fungeren als miniatuurantennes en vangen energie op uit zonlicht en dienen ook als een soort zonnebrandcrème, waardoor bacteriën worden beschermd tegen overmatige lichtintensiteit.
Een cruciaal onderdeel van dit beschermende systeem is een eiwit dat bekend staat als oranje carotenoïde-eiwit (OCP). OCP werkt door overtollige lichtenergie die anders de fotosynthesemachinerie van de cyanobacteriën zou kunnen beschadigen, te “uitdoven” of af te voeren. Dit mechanisme is van vitaal belang om te overleven wanneer de lichtniveaus drastisch fluctueren, en beschermt deze kleine organismen tegen plotselinge zonnestralen of veranderende onderwateromstandigheden.
Hoewel wetenschappers wisten dat OCP een rol speelde bij fotoprotectie, bleef de precieze interactie met het fycobilisoom onduidelijk. De specifieke locatie waar OCP zich aan deze complexe antennestructuren hechtte, was een mysterie, vooral gezien de verschillende architectonische variaties die bij verschillende soorten cyanobacteriën werden aangetroffen.
De geheime locatie van de zonnebrandcrème decoderen
Onderzoekers van de Universiteit van Chicago en Michigan State University werkten samen om deze puzzel te ontrafelen. Ze concentreerden zich op twee phycobilisome-architecturen – een met drie vaten en een andere met vijf – waarbij ze onderzochten hoe OCP zich aan deze verschillende structuren bond. Met behulp van de allernieuwste technologie, genaamd single-deeltjesspectroscopie, konden ze de energieoverdracht op nanoschaalniveau binnen elk type fycobilisoom volgen.
Hun bevindingen, gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences, brachten een opmerkelijke aanpassing aan het licht: ondanks binding op verschillende plaatsen binnen de twee verschillende fycobilisoomstructuren, zorgde OCP consequent voor hetzelfde niveau van beschermende uitdoving. Dit aanpassingsvermogen suggereert dat OCP aanvankelijk mogelijk is geëvolueerd om zich op één specifieke locatie te binden, maar in de loop van de tijd het vermogen heeft ontwikkeld om effectief op andere locaties te functioneren naarmate de architectuur van deze antennecomplexen veranderde.
Een modulair en adaptief systeem
Dit ‘evenwicht tussen modulariteit en locatiespecificiteit’ benadrukt een sleutelprincipe in het ontwerp van de natuur: efficiëntie door aanpasbare mechanismen. Het systeem zorgt voor flexibiliteit met behoud van consistente prestaties. De studie toont aan dat OCP zich niet eenvoudigweg vastklampt aan een enkele plek binnen het fycobilisoom, maar eerder een geavanceerd vermogen vertoont om de bindingslocatie aan te passen aan verschillende architectonische ontwerpen.
Dit onderzoek opent spannende wegen voor toekomstig onderzoek. Squires en haar team zijn van plan andere beschermende mechanismen binnen het fycobilisoom te onderzoeken, waaronder ‘schakelaars’ en ‘lonten’ die de opname en stroom van energie reguleren als reactie op veranderende lichtomstandigheden. Begrijpen hoe deze ingewikkelde elementen samenwerken, zal diepere inzichten opleveren in de opmerkelijke veerkracht van cyanobacteriën en nieuwe biomimetische benaderingen inspireren voor het ontwerpen van beter aanpasbare planten en zelfs duurzame energietechnologieën.
