Badanie globalnego morskiego cyklu węglowego na poziomie molekularnym
Oceany stanowią ogromny zbiornik rozpuszczonego węgla organicznego, którego znaczna część składa się z glikanów – cząsteczek opartych na cukrze wytwarzanych przez organizmy fotosyntetyzujące. Glikany te są bardzo zróżnicowanymi cząsteczkami, a nowe dowody naukowe sugerują, że niektóre rodzaje glikanów mogą sekwestrować węgiel przez setki lat. „Aby lepiej zrozumieć przepływy glikanów węgla morskiego na poziomie molekularnym, potrzebujemy precyzyjnych narzędzi chemicznych”, wyjaśnia Conor Crawford, badacz podoktorancki w Instytucie Koloidów i Interfejsów im. Maxa Plancka. „Narzędzia te pozwolą nam podejść do pytań stawianych w badaniach nad morskim obiegiem węgla przy zachowaniu takiego samego rygoru technicznego, jaki jest wymagany w badaniach medycznych”, dodaje. W projekcie MARINEGLYCAN, realizowanym przy wsparciu programu działań „Maria Skłodowska-Curie”, Crawford i jego współpracownicy starali się wypełnić tę lukę technologiczną, opracowując zestaw narzędzi biochemicznych do badania przepływu glikanów morskich w ekosystemach. W tym transdyscyplinarnym przedsięwzięciu połączono chemię, mikrobiologię, biochemię i ekologię. Do głównych celów projektu należało opracowanie małocząsteczkowych inhibitorów do regulacji mikrobiologicznego obiegu węgla, zbudowanie narzędzi do wykrywania i ilościowej analizy degradacji glikanów w złożonych społecznościach oraz rozwój zautomatyzowanej syntezy glikanów.
Skupienie na mikroalgach morskich
Mikroalgi morskie odgrywają zasadniczą rolę w wychwytywaniu i magazynowaniu CO2 w postaci glikanów. Dokładniejsze zrozumienie tego procesu może pozwolić na wykorzystanie nowych ścieżek sekwestracji dwutlenku węgla, znacząco wpływając na poziom CO2 w atmosferze. „Dla jasności, 1% wzrost puli węglowodanów lub glikanów miałby większy wpływ na poziom CO2 w atmosferze niż natychmiastowe zaprzestanie spalania paliw kopalnych przez ludzi”, mówi Crawford. W ramach projektu naukowcy opracowali zautomatyzowane metody syntezy różnych rodzajów glikanów morskich oraz narzędzia takie jak sondy FRET (Förster Resonance Energy Transfer). Te czujniki molekularne mogą służyć do wykrywania, określania ilościowego i izolowania drobnoustrojów przejawiających rzadkie aktywności pod względem rozkładu węgla w podziale na poszczególne czynności, co nie jest możliwe przy użyciu obecnej technologii. Zespół wykorzystał te innowacje wraz ze współpracownikami do zbadania, określenia i poszerzenia wiedzy na temat interakcji drobnoustrojów i mikroalg. „Każde z narzędzi pozwoliło nam zbadać, w jaki sposób glikany alg i białka drobnoustrojów oddziałują ze sobą na poziomie molekularnym”, mówi Crawford. „Te biomolekularne badania są kluczowe dla zrozumienia, w jaki sposób i jakie rodzaje glikanów są szybko trawione i uwalniane do atmosfery w postaci CO2, oraz rozpoznania tych, które są w stanie magazynować węgiel przez setki, a nawet tysiące lat. Pogłębienie wiedzy na temat glikanów alg, mechanizmów degradacji drobnoustrojów i ogólnego obiegu węgla stanowi podstawę innowacji, która stanowi klucz do uporania się z kryzysem związanym z klimatem i różnorodnością biologiczną”, mówi Crawford. Opracowane w ramach projektu narzędzia mogą być również wykorzystywane do odkrywania bioaktywnych epitopów siarczanowanych glikanów morskich, które są znane ze swoich właściwości przeciwwirusowych, przeciwnowotworowych i neuroprotekcyjnych. „Zespół będzie nadal zajmował się poznawaniem subtelnych mechanizmów molekularnych, chociaż przyszły kierunek tych badań zależy w dużej mierze od pozyskania finansowania”, mówi uczony.
Słowa kluczowe
MARINEGLYCAN, obieg węgla, ocean, glikan, synteza, chemia, narzędzia
