Un nuevo estudio de la Universidad Estatal de Michigan ha identificado una familia de genes en las cianobacterias que ayudan a controlar la fijación de dióxido de carbono.
por la Universidad Estatal de Michigan
El descubrimiento fomenta nuestro conocimiento básico de la fotosíntesis. También abre nuevas puertas para diseñar sistemas para la producción biotecnológica sostenible.
La investigación se publica en la revista New Phytologist .
Las cianobacterias y las plantas comparten una enzima en común, rubisco , que captura el dióxido de carbono de la atmósfera. La captura de carbono es la primera de una serie de reacciones que convierten el carbono en moléculas de alta energía que alimentan a los organismos del planeta.
En las plantas, las pequeñas moléculas que se adhieren a ella impiden que el rubisco funcione. En respuesta, la proteína Rubisco activasa viene al rescate, eliminando las moléculas no deseadas para que la rubisco pueda funcionar nuevamente.
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Los recientes avances en bioinformática han permitido al laboratorio de Cheryl Kerfeld identificar un gen de cianobacterias que se parece al que codifica la rubisco activasa vegetal.
El nuevo gen codifica lo que el laboratorio llama, proteína cianobacteriana similar a activasa o ALC.
«Este gen está muy extendido en muchos grupos taxonómicos de cianobacterias. Entre ellos se incluyen varias especies filamentosas unicelulares y multicelulares», dijo Sigal Lechno-Yossef, profesor asistente de investigación en el laboratorio de Kerfeld.
Se desconoce la función del ALC cianbacteriano. Los científicos intentaron mezclar el ALC de una cianobacteria modelo, Fremyella diplosiphon, con rubisco inhibido del mismo organismo, en un tubo de ensayo. El ALC no alivió al rubisco de la inhibición por moléculas pequeñas.
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Sin embargo, en la célula, la proteína está físicamente cerca de rubisco, al igual que su contraparte vegetal. Esa es una de las razones por las que Lechno-Yossef cree que podrían trabajar juntos.
«También tenemos evidencia bioinformática que muestra que ALC evoluciona junto con rubisco en las cianobacterias. Este hallazgo es un apoyo adicional para la interacción entre estas dos proteínas», dijo Lechno-Yossef.
Entonces, si ALC no desbloquea Rubisco, ¿qué hace?
«Vimos que el ALC hacía que las proteínas de rubisco se agreguen», dijo Lechno-Yossef. «Esta función es similar a la de otra proteína cianobacteriana , que se sabe que contribuye a la regulación y localización del rubisco en la célula».
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También hay evidencia de que el ALC ayuda a su anfitrión a detectar los niveles de CO 2 para ajustar las tasas de fotosíntesis. Cuando el equipo eliminó el gen ALC en una cianobacteria de laboratorio, el organismo no experimentó cambios dramáticos en su crecimiento. (En las plantas, la eliminación de la análoga rubisco activasa hace que se mueran de hambre por carbono, un nutriente crucial).
Sin embargo, esas mismas cepas experimentaron cambios morfológicos cuando se cultivaron en ambientes ricos en CO 2 .
La nueva investigación es prometedora para el campo de la biotecnología. En las plantas, rubisco activase es el foco de muchos estudios, como parte de los esfuerzos para aumentar el rendimiento de rubisco. La mejora de rubisco conduciría a plantas con mayor contenido nutricional y mayores rendimientos de cultivos. Pero esos esfuerzos no han sido recompensados hasta ahora.
«Los investigadores de cianobacterias también quieren aumentar el rendimiento energético de la fotosíntesis», dijo Lechno-Yossef. «El objetivo sería volver a cablear la máquina fotosintética de las cianobacterias para producir compuestos o materiales de energía renovable para su uso en la medicina o la industria».
«Ahora que sabemos que las cianobacterias tienen una enzima que respalda la rubisco, podríamos intentar hacer cianobacterias más robustas para aplicaciones industriales», dijo Lechno-Yossef.
