由香港科技大学(科大)领导的一个研究小组发现了羧基体(一些细菌和藻类中发现的固碳结构)的工作原理。这一突破可以帮助科学家重新设计和重新利用这些结构，使植物能够将阳光转化为更多的能量，为提高光合作用效率铺平道路，从而有可能增加全球粮食供应并缓解全球变暖。

研究人员在可以促进光合作用的关键发现中为羧基体提供了新的线索

羧基体是某些细菌和藻类中的微小隔室，将特定的酶包裹在由蛋白质制成的外壳中。它们进行碳固定，即将大气中的二氧化碳转化为细胞可用于生长和能量的有机化合物的过程。科学家们一直试图弄清楚这些隔间是如何组合在一起的。

科大海洋科学系副教授曾庆禄教授领导的团队在最新研究中展示了从一种名为原绿球菌的细菌中纯化出来的羧基体的整体结构。

该团队与中国科学技术大学生命科学学院周丛钊教授合作，克服了细胞破碎和污染方面的最大技术难题之一，这将阻碍羧基体的正确纯化。该团队还提出了α-羧基体的完整组装模型，这在之前的研究中尚未观察到。

该团队专门利用单颗粒冷冻电子显微镜来确定α-羧基体的结构，并表征蛋白质壳的组装模式，该蛋白质壳看起来像一个20边形，其表面排列有特定的蛋白质。为了获得直径为86纳米的最小α-羧基体的结构，他们收集了超过23,400张从科大生物冷冻电镜中心的显微镜拍摄的图像，并手动挑选了约32,000个完整的α-羧基体颗粒进行分析。

在内部，RuBisCO酶排列成三个同心层，研究小组还发现一种名为CsoS2的蛋白质有助于将壳内的所有物质结合在一起。最后，研究结果表明羧基体是从外向内组合在一起的。这意味着壳的内表面通过CsoS2蛋白的某些部分得到强化，而该蛋白的其他部分则吸引RuBisCO酶并将它们组织成层。

羧基体最有前景的应用之一是在植物合成生物学中，将羧基体引入植物叶绿体作为CO2浓缩机制可以提高光合效率和作物产量。

“我们的研究揭示了原绿球菌α-羧基体组装的奥秘，从而为全球碳循环提供了新的见解，”曾教授说。

他解释说，这些发现对于减缓全球变暖也很重要，因为海洋蓝藻可以修复全球25%的CO2。“我们对海洋蓝藻的CO2固定机制的了解将使我们能够提高它们的CO2固定率，从而可以从大气中去除更多的CO2，​​”他说。

在这项研究之后，研究小组计划将原绿球藻α-羧基体引入植物叶绿体中，并研究最小的α-羧基体是否可以提高植物的光合作用效率。他们还计划修改羧基基因并制造转基因超级蓝藻，能够以非常高的速度固定二氧化碳，这可能能够减缓全球变暖。