Sustancia de la fotosíntesis ya jugaba un rol en la antigüedad, en los microbios productores de metano

Un equipo internacional de investigadores dirigidos por científicos de Virginia Tech y la Universidad de California, Berkeley, ha descubierto que un proceso que habilita la fotosíntesis en las plantas probablemente se desarrolló en la Tierra en antiguos microbios hace 2,5 millones de años, mucho antes de que llegara a estar disponible el oxígeno

La investigación ofrece una nueva perspectiva sobre la biología evolutiva, la microbiología y la producción natural de gases, y puede arrojar luz sobre el cambio climático, la agricultura y la salud humana.

«Al observar este mecanismo que no fue estudiado previamente vamos a ser capaces de desarrollar nueva información básica que, potencialmente, tiene una amplia repercusión en los problemas contemporáneos que van desde el cambio climático a la obesidad», dijo Biswarup Mukhopadhyay, profesor asociado de bioquímica en la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida de Virginia Tech y el autor principal del estudio. Él es también miembro de la facultad en el Instituto de Bioinformática de Virginia. Plant y el profesor emérito de biología microbiana Bob B. Buchanan co-dirigió la investigación y es co-autor del artículo.

Los hallazgos se describieronn la semana pasada en una edición temprana en línea de las Actas de la Academia Nacional de Ciencias.

Los científicos que estudian los microbios productores de metano, como los que se encuentran en los respiraderos hidrotermales de aguas profundas que se ven aquí, descubrieron que una proteína esencial para la fotosíntesis probablemente se desarrolló en la Tierra mucho antes de que el oxígeno llegase a estar disponible. Crédito: Imagen cortesía de Virginia Tech

Esta investigación se centra en las arqueas que forman metano, un grupo de microbios conocidos como metanógenos, que viven en áreas donde está ausente el oxígeno. El metano es el componente principal del gas natural y un potente gas de efecto invernadero.

«Este innovador trabajo demuestra la importancia de un nuevo sistema de regulación global en metanógenos», dijo William Whitman, profesor de microbiología de la Universidad de Georgia que está familiarizado con el estudio, pero no está conectado con el mismo.» La comprensión de este sistema proporcionará las herramientas para utilizar mejor a estos microorganismos de importancia económica.»

Los metanógenos desempeñan un papel fundamental en el ciclo del carbono. Cuando las plantas mueren, algo de su biomasa queda atrapada en áreas que carecen de oxígeno, tales como el fondo de los lagos.

Los metanógenos ayudan a convertir el material residual biológico en metano, que otros organismos convierten en dióxido de carbono… un producto que puede ser utilizado por las plantas.

Este proceso natural de producción de metano formas la base para el tratamiento de residuos municipales e industriales, ayuda a reducir la contaminación y proporciona metano para combustible. El mismo proceso permite la producción de gas natural a partir de residuos agrícolas, un recurso renovable.

Los metanógenos también juegan un papel importante en la agricultura y la salud humana. Ellos viven en el sistema digestivo de los bovinos y ovinos en los que facilitan la digestión de los alimentos consumidos en la dieta.

Los esfuerzos para controlar los metanógenos de maneras específicas pueden mejorar la utilización de los alimentos y mejorar la producción de carne y leche, dicen los investigadores.

Los metanógenos son, además, un factor en la nutrición humana. Los organismos viven en el intestino grueso, donde se mejoran la descomposición de los alimentos. Algunos han propuesto que la restricción de la actividad de los metanógenos podría ayudar a aliviar la obesidad.

El equipo investigó un antiguo tipo de metanógeno, Methanocaldococcus jannaschii, que vive en las fuentes hidrotermales de aguas profundas, o en volcanes donde las condiciones ambientales imitan las que existían en la Tierra primitiva.

Ellos encontraron que la proteína tiorredoxina, que desempeña un papel importante en la fotosíntesis contemporánea, podría reparar muchas de las proteínas del organismo que son dañadas por el oxígeno.

Como los metanógenos se desarrollaron antes de que el oxígeno apareciara en la Tierra, la evidencia sugiere la posibilidad de que la regulación del metabolismo basado en la tiorredoxina podría haber entrado en juego para la gestión de la vida anaeróbica mucho antes de la llegada del oxígeno.

«Es gratificante ver que nuestras décadas de investigación sobre la tiorredoxina y la fotosíntesis están contribuyendo a la comprensión del antiguo proceso de formación de metano», dijo Buchanan. «Es un excelente ejemplo de cómo un proceso que resultó un éxito temprano en la evolución se ha mantenido en el desarrollo de formas de vida muy complejas.»

Dwi Susanti, el autor principal, recientemente recibió su doctorado en genética, bioinformática y biología computacional en el Instituto de Bioinformática de Virginia, y actualmente es investigador postdoctoral en el Departamento de Bioquímica en la Universidad Virginia Tech.

Usha Loganathan, un estudiante graduado en el Departamento de Ciencias Biológicas de la Facultad de Ciencias en la Universidad Virginia Tech, también participó en el estudio. William H. Vensel del Centro de Investigación de la Región Occidental en Albany, California, aportó experiencia en proteómica al igual que Josué Wong, de la Universidad de California, Berkeley. Rebecca De Santis y Ruth Schmitz-Streit, de la Universidad de Kiel en Alemania, y Mónica Balsera, del Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Salamanca en España, también trabajaron en el proyecto.

Ayudaron a apoyar la investigación Becas de la Fundación Nacional para la Ciencia, la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio y el Departamento de Agricultura de EE.UU.

Referencia de publicación: D. Susanti, J. H. Wong, W. H. Vensel, U. Loganathan, R. DeSantis, R. A. Schmitz, M. Balsera, B. B. Buchanan, B. Mukhopadhyay. Thioredoxin targets fundamental processes in a methane-producing archaeon, Methanocaldococcus jannaschii. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2014; DOI: 10.1073/pnas.1324240111

Fuente: Science Daily. Aportado por Eduardo J. Carletti

Más información: