Bár a legtöbb növény már jelenleg is a nagyon jó hatékonysággal állítja elő napfényből, vízből és levegőből a tápanyagokat, némi trükközéssel azért megoldható, hogy mindezt a korábbinál gyorsabban tegyék. Egy angol-amerikai kutatócsoport nemrégiben olyan dohánynövényeket hozott létre, amelyek cianobaktériumoktól kölcsönvett enzimeiknek köszönhetően hétköznapi rokonaiknál nagyobb tempóban fotoszintetizálnak.

Mivel a mezőgazdasági termelésre használható területek száma véges, más megoldásokat kell keresni a terméshozam növelésére, magyarázza Steven Gutteridge, a DuPont nevű vegyi cég kutatója. A növények tanulmányozása alapján kiderült, hogy ennek megvalósításához a rubisconevű enzim kiváló célpont lehet, hiszen ennek a közreműködésével válik a szén-dioxidból cukor. Az enzim valószínűleg a Föld leggyakoribb fehérjéje, hiszen minden egyes növényi szervezetben nagy tömegben található meg.

Elterjedtségében azonban az is jelentős szerepet játszik, hogy enzimként nem túlságosan hatékony. A növények elsősorban azért termelnek olyan sokat belőle, mert az enzim csak mérsékelten gyorsítja fel az átalakítási folyamatokat. Egyes szakértők becslése szerint a rubisco genetikai módosításával és a körülötte található szén-dioxid koncentrációjának megnövelésével akár évi 60 százalékkal is növelhető lehetne a rizs és a búza terméshozama.

Maureen Hanson, a Cornell kutatója és kollégái úgy döntöttek, hogy kipróbálják, mihez kezd a növény, ha egy gyorsabb működésre képes rubisco-típust kap. Ehhez egy cianobaktérium-faj, a Synechococcus elongatus enzimjének génjét vették kölcsön. A géneket a hasonló genetikai kísérletek során gyakran modellszervezetként használt dohánynövény leveleinek fotoszintézist végző sejtszervecskéibe (kloroplasztisz) juttatták be.

Néhány kísérleti növénybe az új rubisco mellett azon bakteriális fehérje génjét is bejuttatták, amely az eddigi kutatások alapján az enzim megfelelő összehajtogatásában nyújt segítséget. Egy másik csoportba pedig annak a fehérjének a génjét ültették be, amely a működő enzim szerkezeti támogatásában vesz részt. Mindkét csoport tagjai képesek voltak használni a bakteriális enzimet saját, növényi fotoszintézisük során, és mindannyian gyorsabban alakították át a cukorrá az alapanyagokat, mint a genetikailag nem módosított dohány teszi.

Az eredmények alapján tehát úgy tűnik, hogy az enzim gyorsabb változatának használatával valóban nagyobb terméshozamú növényeket lehet létrehozni, mondja Donald Ort, az Illinois-i Egyetem növénybiológusa. Azt ugyanakkor egyelőre nem tudni, hogy az enzimcsere milyen egyéb következményekkel járhat a növényre nézve. Az egyik, már most világosan látszó probléma az lehet, hogy a bakteriális rubisco hajlamos tetemes energiákat elpazarolni arra, hogy szén-dioxid helyett oxigénnel reagáljon el. A fotoszintetizáló baktériumok ezt a problémát úgy hidalták át, hogy karboxiszómáknak nevezett speciális struktúrákat hoztak létre, amelyekben az enzim az oxigéntől elzárva, szén-dioxidban dús környezetben teheti a dolgát.

A növényekben azonban nincsenek karboxiszómák, legalábbis egyelőre. A szakértők szerint azonban rövidesen ez a probléma is megoldódhat, mivel a kutatócsoport kísérletezés közben megfigyelte, hogy a dohány megfelelő módosítások hatására képes hasonló szerkezeti elemek létrehozására. A következő lépés az lesz, hogy az ilyen módon megváltoztatott növényeket bakteriális rubiscóval látják el, hogy megfigyeljék, mi történik az új rendszerben. Ort mindenesetre úgy véli, hogy öt éven belül lehetséges lehet olyan dohánynövényeket létrehozni, amelyek működő karboxiszómákkal rendelkeznek.