Több mint egymilliárd évvel ezelőtt történt valami nagyon különös: egy egysejtű szervezet elnyelt egy kék-zöld algát. Ám ahelyett, hogy megemésztette volna – ahogy az a táplálékkal általában történni szokott –, szimbiotikus kapcsolatba léptek egymással. Ez a történet rövid és leegyszerűsített változata a biológia egyik legfontosabb eseményének, de a lényeg változatlan: ez a különösen végződött "ebéd" vezetett végül a fotoszintetikus növények kialakulásához. A tudósoknak pedig régóta dédelgetett álmuk, hogy laboratóriumi körülmények között megismételjék ezt a rendkívüli eseményt.

A Proceedings of the Japan Academy, Series B című folyóiratban közzétett tanulmány szerint kutatóknak sikerült úgynevezett kloroplasztiszokat – a fotoszintézisért felelős növényi sejtstruktúrákat – beültetniük hörcsögsejtekbe, számol be róla a Scientific American. Ráadásul nemcsak a beültetés sikerült, hanem ezek a kloroplasztiszok képesek voltak a fényt energiává alakítani, és két napon át működtek is – ez az, ami kísérletileg eddig nem valósult meg. A kutatást Matsunaga Szakihiró, a Tokiói Egyetem munkatársa vezette. A projektet pedig inspiráció is vezérelte: a tengeri meztelencsigák (Sacoglossa) ugyanis képesek laboratóriumi segítség nélkül is hasonló eredményre. Ezek az állatok algákat fogyasztanak, de nem egyszerűen megemésztik őket, hanem "ellopják" belőlük a kloroplasztiszokat, amelyek hetekig képesek fedezni az energiaszükségletüket. Matsunaga csapata ezt a folyamatot próbálta meg reprodukálni – ezúttal emlőssejtekben.

A korábbi kísérletek során a gazdasejtek gyakran néhány órán belül elpusztították az idegen kloroplasztiszokat, ezért most ellenállóbb kloroplasztiszokat alkalmaztak, amelyek vörös algákból származtak, és képesek túlélni akár zord, savas környezetben is. Ezeket a kloroplasztiszokat tenyésztett hörcsög-petefészeksejtekbe juttatták be. A kloroplasztiszok kinyeréséhez a kutatók centrifugálást és enyhe keverést alkalmaztak, elkerülve a sejtmembránok átszúrását – ami korábban gyakran kudarchoz vezetett. A táptalaj megváltoztatásával arra ösztönözték a hörcsögsejteket, hogy természetes módon nyeljék el a kloroplasztiszokat, mintha egyszerűen csak tápanyagot vennének fel.

Az állati sejtekbe kerülve a kloroplasztiszok 48 órán át megőrizték a szerkezetüket, és elektrontranszport-aktivitást is mutattak, amely a fotoszintézis alapvető része. Korábban a kloroplasztiszok csak néhány órán át maradtak működőképesek.

„Elképesztő, hogy ilyen stabilitást sikerült elérniük”

– mondta Jef D. Boeke, a New York-i Egyetem sejtbiológusa.

Ez a kísérlet tehát komoly előrelépés annak megértésében, pontosan hogyan zajlott az a folyamat, amely a mai növények kialakulásához vezetett. Ez azonban nem jelenti azt, hogy ne lenne még tennivaló: a kloroplasztiszok működéséhez ugyanis gazdasejtjeik által termelt fehérjékre van szükség, de az állati sejtekből hiányoznak azok a gének, amelyek az ilyen fehérjék előállításához és szállításához kellenek. Emiatt a kloroplasztiszok idővel mindenképpen lebomlanak. Werner Kühlbrandt, a Max Planck Intézet biofizikusa szerint a jövő nagy feladata éppen ezen akadály áthidalása.

Matsunaga csapata most azt tervezi, hogy fotoszintézist támogató géneket juttat az állati sejtekbe, ami új lehetőségeket nyithat meg – például szén-dioxidot elnyelő élő anyagok létrehozásában. Elképzelhető, hogy egy nap az emberiség elhagyhatja a hagyományos táplálkozási módokat, és napenergiára válthatna? Érdekes felvetés, amelyet a sci-fi irodalom már boncolgatott, de Matsunaga szerint ennek megvalósulása nem valószínű. Ahhoz ugyanis, hogy elegendő kloroplasztisz fedezze az energiaigényünket, egy teniszpályányi bőrfelületre lenne szükség.

(Kép: egy fluoreszcens kép kloroplasztiszokat (magenta) mutat, amelyeket sikeresen beépítettek a hörcsögsejtekbe, miközben az állati sejtek egyéb jellemzői is ki vannak emelve: a sejtmagok világoskékek, az organellumok pedig sárgászöldek,  forrás: „A fotoszintetikusan aktív algakloroplasztiszok beépítése tenyésztett emlőssejtekbe az állati fotoszintézis felé”, írta Ryota Aoki és munkatársai, Proceedings of the Japan Academy, Series B, Vol. 100, No. 9; 2024 (CC BY-NC-ND).