באדיבות פרופ' רחל נחושתאי ותלמיד המחקר אהוד ניימן מן המחלקה למדעי הצמח והסביבה במכון למדעי החיים.

האצה כלורלה אוהדי בודדה מקרומי קרקע חוליים שבנגב המערבי על ידי פרופ' יצחק (איציק) אוהד ז"ל, שהיה ממובילי המחקר של תהליך הפוטוסינתזה במכון למדעי החיים, בישראל ובעולם כולו.   איציק בשיתוף עם קבוצתו של פרופ' אהרן קפלן אפיינו את התכונות הפיסיולוגיות המאפשרות לאצה זו לשרוד בתנאים הקשוחים של המדבר. אחת התכונות שאצה מדברית כזו חייבת לסגל לעצמה הינה היכולת לעבור במהירות מעוצמת אור נמוכה  (האופיינית לשעות הבוקר המוקדמות) לעוצמת אור גבוהה מאד עד קיצונית (האופיינית לשעות הצהרים). 

במחקר זה בודדנו את מערכת האור ה-I מקרומים פנימיים בכלורופלסטים (תילקואידים) של תאי  כלורלה, שגודלו באור נמוך ובאור גבוה מאד בטכניון ע"י גברת ורדה ליואנו.  מערכת האור ה-I [PSI] הינה קומפלכס חלבונים המבצע חלק מריאקציות האור בתהליך הפוטוסינתיזה)
בעזרת הטכנולוגיה החדשנית של מיקרוסקופיה אלקטרונית בטמפרטורות נמוכות ביותר  (Cryo-EM) ניקבע המבנה התלת מימדי של מערכות אור אלה, בשיתוף פעולה עם קבוצתו של פרופ' נתן נלסון מאוניברסיטת תל אביב.  

בעקבות פענוח המבנים הנ"ל הסתבר שהגורם העיקרי המאפשר את הסתגלות האצה למעבר המהיר מאור נמוך לאור גבוה הוא שינוי של כמחצית ממולקולות הכלורופיל b  שהופכות באור גבוה למולקולות כלורופיל a  בדיוק באותו מקום בתוך הקומפלכס החלבוני.
שימוש בשיטות מתקדמות של ספטרוסקופיה אופטית ותהודה מגנטית (EPR) (בשיתוף עם קבוצתו של פרופ' לוביץ ממכון מקס פלנק לאנרגיה במולהיים שבגרמניה) הראה כי שינוי זה מאפשר למערכת שבודדה מאור גבוה לפעול ביעילות בתהליך העברת האלקטרונים המתרחש בה.

האם לממצאים אלה יש השלכות יישומיות?

כדי לענות על שאלה זו, הצמדנו את הקומפלכס  PS-I שבודד מאצות שגדלו  באור גבוה  או באור נמוך לאלקטרודת זהב בעזרת פולימר אוסמיום, ומדדנו יצירת זרמים בעקבות הארה. (שלב זה נעשה בשיתוף עם פרופ' איתמר וילנר מהאוניברסיטה העברית ופרופ' שומן מאוניברסיטת בוכום בגרמניה).
במדידות אלה מצאנו שמערכת PS-I שבודדה מאור גבוה פעילה פי 25 בהשוואה למערכת האור שבודדה מאור נמוך. לממצא זה השלכות חשובות לפיתוח מערכות מלאכותיות פוטו-ביו-אלקטריות שתשתמשנה באור השמש ליצירת חשמל.

ממצאי מחקר זה מוכיחים ששינויים במולקולות הכלורופיל יכולים לגרום להתאמת  קומפלכס רב-חלבונים -  מערכת PS-I - לתפקוד בתנאי קיצון באופן יעיל ביותר הן בקומפלכסים טבעיים המבודדים מהאצה והן במערכות פוטוסינתטיות מלאכותיות לייצור חשמל, היכולות אף הן לתפקד בתנאים דמויי מדבר.

קיראו את המאמר בכתב העת המוביל Nature Plants –

https://www.nature.com/articles/s41477-021-00983-1

אנו מקדישים מחקר זה  לזכרו של פרופ' איציק אוהד, שפרץ דרכים רבות במחקר הפוטוסינתזה בכלל ובחקר האצה כלורלה אוהדי שניקראה על שמו.
 

התמונה באדיבות גברת זהבה כהן.