海洋中的微小硅藻是从环境中捕获二氧化碳（CO2）的大师。它们固定了地球上20%的二氧化碳。瑞士巴塞尔大学的一个研究小组现在已经在这些藻类中发现了一种有效固定二氧化碳所必需的蛋白质外壳。这一突破性的发现可以为减少大气中二氧化碳的生物工程方法提供思路。
硅藻太小，肉眼看不到，但它们是海洋中产量最高的藻类之一，在全球碳循环中发挥着重要作用。通过光合作用，它们从环境中吸收大量的二氧化碳，并将其转化为营养物质，为海洋中的大部分生命提供营养。尽管它们很重要，但人们对硅藻如何如此有效地完成这一过程仍然知之甚少。
由巴塞尔大学生物中心的Ben Engel教授领导的研究人员与英国约克大学和日本关西学院大学的研究人员一起发现了一种蛋白质外壳，它在硅藻的二氧化碳固定中起着关键作用。利用冷冻电子断层扫描（cryo-ET）等尖端成像技术，研究人员能够揭示所谓的PyShell蛋白鞘的分子结构并破译其功能。
研究结果已经发表在《细胞》杂志上的两篇文章中。
在植物和藻类中，光合作用发生在叶绿体中。在这些叶绿体内部，来自阳光的能量被类囊体膜收集，然后用来帮助Rubisco酶固定二氧化碳。
然而，藻类有一个优势：它们将所有的Rubisco打包到称为类芘的小隔间中，在那里可以更有效地捕获二氧化碳。
“我们现在已经发现硅藻类pyrenoids被包裹在一个晶格状的蛋白质外壳中，”两项研究的作者Manon demmulder博士说。“PyShell不仅赋予了类pyrenoid形状，而且有助于在这个隔间中产生高浓度的二氧化碳。这使得Rubisco能够有效地固定海洋中的二氧化碳并将其转化为营养物质。”
当研究人员从藻类中去除PyShell时，它们固定二氧化碳的能力明显受损。光合作用和细胞生长减少。“这向我们展示了PyShell对高效碳捕获的重要性——这一过程对海洋生物和全球气候至关重要，”demmulder说。
PyShell的发现也可能为生物技术研究开辟一条充满希望的道路，旨在应对气候变化——我们这个时代最紧迫的挑战之一。“首先，我们人类必须减少二氧化碳的排放，以减缓气候变化的速度。这需要立即采取行动，”恩格尔说。
“我们现在排放的二氧化碳将在大气中存留数千年。我们希望像PyShell这样的发现可以帮助激发新的生物技术应用，改善光合作用，从大气中捕获更多的二氧化碳。这些都是长期目标，但考虑到二氧化碳排放的不可逆性，我们现在进行基础研究，为未来的碳捕获创新创造更多机会，这一点很重要。”
