Una nuova ricerca condotta dall’Università di Oxford ha scoperto che il rubisco – l’enzima che alimenta tutta la vita sulla Terra – dopo tutto non è bloccato in un solco evolutivo. La più ampia analisi mai condotta sul rubisco ha scoperto che sta migliorando continuamente, solo molto, molto lentamente. Queste intuizioni potrebbero potenzialmente aprire nuove strade per rafforzare la sicurezza alimentare. I risultati sono stati pubblicati oggi in Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze [PNAS].
L’enzima più abbondante sulla Terra, il rubisco, ha fornito l’energia che alimenta la vita sul nostro pianeta negli ultimi tre miliardi di anni. Mentre rubisco fissa miliardi di tonnellate di CO2 ogni anno l’enzima è notoriamente inefficiente. Ciò ha creato un paradosso biologico che ha sconcertato i ricercatori per decenni. Perché l’enzima che alimenta la vita da oltre 3 miliardi di anni non è molto più bravo a svolgere il suo lavoro? Molti scienziati vegetali hanno discusso se l’enzima sia bloccato in una “strada evolutiva”, che gli rende impossibile migliorare.
Ma una nuova ricerca dell’Università di Oxford ha rivelato che il rubisco è in continuo miglioramento, ma che questo miglioramento avviene a un ritmo lentissimo.
L’autore principale Jacques Bouvier (uno studente DPhil del Dipartimento di Biologia dell’Università di Oxford) ha dichiarato: “La nostra ricerca dimostra per la prima volta che l’evoluzione migliora costantemente il rubisco e che è possibile un ulteriore miglioramento dell’enzima. È importante sottolineare che questa intuizione fornisce un rinnovato ottimismo per gli sforzi volti a progettare l’enzima per aiutare a nutrire il mondo”.
I ricercatori hanno analizzato le sequenze del gene rubisco provenienti da un’ampia gamma di organismi fotosintetici e hanno quantificato per la prima volta il tasso di evoluzione del rubisco. Hanno scoperto che la sua sequenza è stata alterata con incrementi minimi di un solo cambiamento di base del DNA ogni 900.000 anni – in netto contrasto con il genoma del COVID-19, ad esempio, che sta evolvendo un cambiamento di base ogni due settimane. Ciò colloca il rubisco nell’1% dei geni a evoluzione più lenta sulla Terra.
Nonostante questo lento tasso di cambiamento, i ricercatori hanno scoperto che l’enzima sta sfruttando questa evoluzione per migliorare la fissazione della CO2. Gli autori hanno anche scoperto che questo lento miglioramento della CO2 la fissazione si traduce in miglioramenti nella fotosintesi; le piante si stanno evolvendo per migliorare la trasformazione della CO2 nello zucchero, ma il tasso di miglioramento è così lento che sembra congelato.
Per decenni gli scienziati hanno aspirato a progettare un rubisco migliorato per aumentare la crescita e la resa delle piante coltivate. Ma nonostante i molti sforzi, il successo è stato limitato e molti si sono chiesti se rubisco sia già ottimizzato, rendendo inutili questi tentativi. Tuttavia, le intuizioni di questo studio offrono rinnovata speranza. In particolare, svelare il mistero di ciò che sta frenando il tasso di evoluzione del rubisco potrebbe scoprire nuovi modi per migliorare i raccolti.
Jacques Bouvier ha aggiunto: ‘Poiché il rubisco assimila gli zuccheri che alimentano la vita sulla Terra, il miglioramento di questo enzima è una delle strade più promettenti per contribuire a combattere l’insicurezza alimentare. C’è stato un acceso dibattito sulla possibilità di migliorare l’enzima; la nostra nuova ricerca fornisce una risposta chiara a questa domanda. Se l’evoluzione può migliorare il rubisco, possiamo farlo anche noi!’
L’autore senior, il professor Steven Kelly (Dipartimento di Biologia, Università di Oxford), ha dichiarato: “Abbiamo dimostrato che il rubisco non è congelato nel tempo ma si evolve continuamente per migliorare. Ora dobbiamo comprendere i fattori che frenano il rubisco per permetterci di realizzare il suo vero potenziale.’
Questa nuova intuizione offre incoraggiamento agli sforzi che mirano ad aumentare i raccolti di cibo, fibre e colture energetiche prendendo di mira l’ingegneria del rubisco. Migliorare il rubisco potrebbe essere fondamentale per sostenere i bisogni alimentari di una popolazione globale in crescita.
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