När Han Bao började leta efter en ny cyanobakterieart att studera, hon hade ingen aning om att den perfekta kandidaten bara var på övervåningen.

Han är en del av Kerfeld-labbets projekt kring det orange karotenoidproteinet (OCP), ett protein som reagerar på ljus från omgivningen för att skydda sina värdar, cyanobakterier (tidigare kända som "blågröna alger").

Intresset för OCP är dubbelt:för det första, det spelar en framträdande roll i cyanobakteriell fotosyntes, och Kerfeld-labbet vill förstå hur det fungerar.

De vill sedan använda den kunskapen för att omkonstruera detta protein för applikationer inom förnybar energi och medicin.

Och efter att Han och hennes labbkamrater genomförde en bioinformatisk analys av cyanobakteriella genom (ett genom är en komplett kopia av en organisms DNA-ritning), hon fick reda på Montgomery -labbet, även vid MSU-DOE Plant Research Laboratory, specialiserat sig på en art som skulle underlätta hennes studie av en ny familj av OCP -proteiner som hon identifierade.

Hennes studie, publiceras i tidskriften Natur Växter (artikeln gjorde tidningen omslag), introducerar och beskriver denna nya familj, kallas OCP2.

Ett ökande antal cyanobakteriegener

"De flesta av de tidigare studierna på OCP fokuserar på den som finns i en cyanobakterie som kallas Synechocystis, Han säger. "Denna OCP, känd som OCP1, är mycket väl studerad."

Men under de senaste fem åren, hundratals cyanobakteriella genom har blivit tillgängliga för analys.

Uppgifterna visar forskarna hur dagens OCP, och deras domänhomologer, har utvecklats under miljarder år i olika cyanobakterier, successivt diversifiera och specialisera sig på olika funktioner.

Trots allt, cyanobakterier är sofistikerade organismer, lever i dramatiskt olika miljöer runt om på planeten, från frysande arktiska regioner till varma källor i Yellowstone National Park.

OCP har anpassats för att skydda cyanobakterier från skadlig ljusexponering. Och deras funktionella mångfald är intressant för att utveckla förnybar energi eller utveckla nya vårdverktyg, Det är därför Kerfeld-labbet vill förstå hur olika OCP-familjer fungerar.

Vi introducerar OCP2

"Vi gjorde en bioinformatikanalys för att analysera alla cyanobakteriegenom som finns tillgängliga i databasen, Han säger. "Vi hittade två nya OCP-familjer, bortom den väl studerade OCP1. Vi fokuserade vår uppmärksamhet på OCP2, finns i cyanobakterien, Fremyella, som studeras av Montgomery -labbet. "

Intressant, OCP-evolution har lett till att både OCP1 och OCP2 finns i Fremyella, skapa en fantastisk möjlighet att jämföra båda familjerna i en organism.

"Vi fann att OCP2 har andra egenskaper jämfört med OCP1. Till exempel, OCP2 reagerar mycket snabbare på förändringar i omgivande ljusförhållanden."

Å andra sidan, OCP2 behöver en jämförelsevis högre ljusintensitet innan den aktiveras för att skydda cyanobakterien, medan OCP1 kan skydda den vid lägre ljusintensiteter.

OCP2:s struktur är också enklare än OCP1:s. Han och Kerfeld-labbet tror att sådana egenskaper tyder på att OCP2 är ett mer primitivt protein.

"Vi har fler evolutionära bevis för detta påstående. Vi vet att OCP1 har utvecklats för att interagera med ett annat protein i Fremyella, kallas FRP (fluorescence recovery protein). Vad FRP gör är att påskynda OCP1:s återhämtning i mörkret. Men, OCP2 interagerar inte med FRP."

Här är vad hon tror har hänt. OCP1 utvecklades för att interagera med FRP som ett sätt att lägga till ett lager av reglering, i sin strävan att skydda cyanobakterier.

Även om den ytterligare interaktionen saktar ner OCP1, det gör det bättre - mer raffinerat - eller "smartare" på sitt jobb.

En bra analogi är byråkratisk byråkrati:interaktionen med FRP är som ett extra lager av pappersarbete, som bromsar ett företags verksamhet. Men oftast, etablerade byråkratier är mer stabila.

Men att OCP2 är primitiv betyder inte att det är mindre användbart, speciellt när man överväger syntetiska biologitillämpningar.

"Olika familjer har unikt intressanta egenskaper. En annan studie i vårt labb visade precis hur OCP1 och OCP2 fungerar olika när vi bryter isär dem och tittar på dem. Deras olika egenskaper kommer att vara användbara för att konstruera olika applikationer, beroende av varje familjs styrkor."

Kerfeld-labbet är på jakt efter fler OCP-familjer, bortom OCP2, i sin fortsatta strävan att bygga en strukturell och funktionell kunskapsbas om detta protein.