Een blik uit het verleden

---

Een blik uit het verleden

Fotosynthese, het omzetten van CO₂ in suikers, is waar planten goed in zijn, toch? Planten kunnen dit inderdaad. We herkennen het zelfs als een van de belangrijkste prestaties van een plant. Maar dat ze er extreem goed in zijn, nee niet echt. Planten onderzoekers willen graag fotosynthese verbeteren. Om zo de opbrengst van gewassen omhoog te krijgen.

Rubisco, het enzym dat CO₂ met behulp van zonlicht omzet in suiker, gebruikt net zo lief O₂ als CO₂. Niet zo effectief. Dit was niet altijd het geval. Zo’n 2,5 miljard jaar geleden, toen Rubisco nog maar net kwam kijken, was er nog nauwelijks zuurstof in de lucht, Rubisco was toen een stuk effectiever. Sindsdien heeft Rubisco zich steeds een beetje aangepast aan minder CO₂ en meer O₂ in de lucht. Dit ging echter ten koste van de snelheid waarmee Rubisco CO₂ omzet in suikers. Nu de hoeveelheid CO₂ in de lucht weer toeneemt kan Rubisco daar niet van profiteren, het blijft langzaam. Amerikaanse onderzoekers wilde weten waarom de Rubisco uit het verleden sneller was. En zochten uit hoe deze historische Rubisco eruit zag.

De onderzoekers begonnen hun zoektocht met het maken van een familieportret van de huidige varianten van Rubisco. Dit portret maakte ze van de nachtschade plantenfamilie. Deze bestaat onder andere uit tomaat, paprika, aubergine, aardappel en tabak. En net zoals jij op je broertjes en zusjes, neefjes en nichtjes lijkt, maar geen exacte copy van ze bent. Lijken de Rubisco eiwitten van de nachtschade familie op elkaar, maar hebben ook verschillen.

De volgende stap was om deze informatie te gebruiken om erachter te komen hoe de Ribisco van de gemeenschappelijke voorouder van de nachtschade familie eruitzag. Om dit te kunnen doen maakte de onderzoekers een stamboom van de nachtschade familie. Net zoals jij meer op je broertjes en zusjes lijkt dan op je neefjes en nichtjes, lijken tomaat en aubergine meer op elkaar dan op tabak. Vervolgens konden de onderzoekers voorspellen hoe de gemeenschappelijke voorouder van tomaat en aubergine eruit heeft kunnen zien, en die van tomaat, aubergine en tabak. Je kan het vergelijken met voorspellen hoe je ouders eruitzien aan de hand van een foto van jouw en je broertjes en zusjes. Om te voorspellen hoe je grootouders eruitzagen heb je vervolgens ook foto’s van je neefjes en nichtjes nodig.

Dit gaf de onderzoekers portretten van 98 mogelijke historische Rubisco eiwitten. Deze testen de onderzoekers om te kijken of ze ook daadwerkelijk CO₂ in suikers konden omzetten. Niet alleen bleken ze dit te kunnen, sommige enzymen deden dit nog beter dan de huidige Rubisco. Hiermee is het dus mogelijk planten een efficiëntere Rubisco te geven, en beter te laten groeien.

Daarnaast had de historische Rubisco nog een verassing voor de onderzoekers. Normaal gesproken wanneer onderzoekers uitzoeken waarom een enzym meer of minder effectief is kijken ze naar de plek waar de reactie plaatsvindt. Maar dit is niet de plek de historische Rubisco verschilt met de huidige varianten. Er blijken dus nog andere plaatsen op het enzym te zijn die de reactie beïnvloeden. Het blijkt maar weer eens, we kunnen nog steeds leren van het verleden.

Literatuur

Myat T. Lin, Heidi Salihovic, Frances K. Clark, and Maureen R. Hanson (2022) Improving the efficiency of Rubisco by resurrecting its ancestors in the family Solanaceae. Science Advances Vol 8, Issue 15 DOI: 10.1126/sciadv.abm6871