A nitroplasztnak elnevezett struktúra felfedezése a moszatokban segítheti a növények génmódosítására irányuló erőfeszítéseket, hogy azok saját maguk gondoskodhassanak a szükséges nitrogénről, így növelve a terméshozamot és csökkentve a műtrágyák használatának szükségességét.

„A tankönyvek szerint nitrogénmegkötésre csak a baktériumok és az archeák képesek” – mondja Jonathan Zehr, a Kaliforniai Egyetem óceánökológusa, az új eredményekről beszámoló tanulmány társszerzője. A most azonosított moszatfaj az első ismert nitrogénmegkötő eukarióta, teszi hozzá a szakértő.

Zehr és kollégái 2012-ben arról számoltak be, hogy a Braarudosphaera bigelowii nevű tengeri moszat szoros kölcsönhatásban áll egy UCYN-A nevű baktériummal, amely a jelek szerint a moszatsejtekben vagy azokon él. A kutatók feltételezték, hogy az UCYN-A a nitrogéngázt olyan vegyületekké, például ammóniává alakítja át, amelyeket a moszatok a növekedéshez használnak. Cserébe a baktériumok a feltételezések szerint szénalapú energiaforrást kapnak a moszatoktól.

Legújabb tanulmányukban azonban Zehr és kollégái már arra a következtetésre jutottak, hogy az UCYN-A-t inkább a moszatokon belüli sejtszervecskének kell tekinteni, nem pedig különálló élőlénynek. Egy korábbi vizsgálat genetikai elemzései alapján a moszatok és a baktériumok ősei mintegy 100 millió évvel ezelőtt kezdtek szimbiózisban élni egymással. Végül ebből az egyre szorosabb együttélésből alakult ki a nitroplaszt, amely a B. bigelowii baktériumban látható.

A kutatók két kulcsfontosságú kritériumot használnak annak eldöntésére, hogy egy bakteriális sejt már inkább a gazdasejt sejtszervecskéjének tekinthető-e vagy önálló entitásnak. Először is, a szóban forgó organellumnak át kell öröklődnie a gazdasejt generációin. Másodszor, a szervecskének a gazdasejt által biztosított fehérjékre kell támaszkodnia.

A kutatók több tucat moszatsejtet vizsgáltak képalkotó technikákkal a sejtosztódás különböző fázisaiban, és úgy találták, hogy a nitroplaszt közvetlenül a moszatsejt osztódása előtt kettéosztódik. Ily módon egy nitroplaszt öröklődik a szülősejtből az utódnak, ahogyan ez más sejtszervecskék esetében is történik.

Ezután a kutatók azt is megállapították, hogy a nitroplaszt a növekedéshez szükséges fehérjéket a moszatsejttől kapja. Maga a nitroplaszt – amely az egyes gazdasejtek térfogatának több mint 8%-át teszi ki – nem rendelkezik a fotoszintézishez és a genetikai anyag előállításához szükséges kulcsfontosságú fehérjékkel, mondja Zehr. Ezeket az anyagcserehiányokat pedig a moszatsejt máshonnan érkező fehérjéi pótolják.

Zehr elmondása szerint annak megértése, hogy a nitroplaszt hogyan lép kölcsönhatásba a gazdasejttel, segítheti az olyan növények kifejlesztésére irányuló erőfeszítéseket, amelyek képesek megkötni maguknak a nitrogént. Ez csökkentené a nitrogénalapú műtrágyák szükségességét, és elkerülhetővé tenné az ezek által okozott környezeti károk egy részét.

„A növények terméshozamát nagymértékben korlátozza a rendelkezésre álló nitrogén mennyisége” – mondja Eva Nowack, aki a düsseldorfi Heinrich Heine Egyetemen szimbionta baktériumokkal foglalkozik. „Fantasztikus előrelépés lenne, ha egy haszonnövény nitrogénmegkötő szervecskékkel rendelkezne.” Persze ezt a képességet nem lesz könnyű feladat átültetni a növényekbe, figyelmeztet a kutató, de kétségkívül megérné a fáradságot.