13/03/2014 - Descubierto un proceso clave en un tipo de microorganismos que producen metano

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Un grupo internacional de científicos, con la participación del Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Salamanca (IRNASA, centro del CSIC) ha descubierto un proceso regulador clave en un tipo de microorganismos que producen metano, el componente principal del gas natural.

Este proceso es similar al que activa la fotosíntesis en las plantas y hallarlo en microorganismos anaerobios supone un importante cambio para la biología evolutiva. Por eso, el trabajo se ha publicado en la prestigiosa revista científicaProceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS).

Las proteínas conocidas como tiorredoxinas regulan la fotosíntesis en las plantas, ya que actúan como un sensor que diferencia la luz de la oscuridad. Ahora, investigadores de dos universidades de Estados Unidos, Virginia Tech y la Universidad de California en Berkeley, junto con el IRNASA y otros colaboradores, han descubierto que también están presentes en un tipo de arqueas que son organismos metanógenos, es decir, productores de metano.

Mónica Balsera, investigadora del IRNASA firmante del artículo, explica que la importancia de este estudio radica en “demostrar por primera vez que en las arqueas funciona el sistema de regulación de las tiorredoxinas, que se había estudiado mucho en plantas y que también existe en otros organismos, desde bacterias a células humanas”, comenta en declaraciones a DiCYT, puesto que actúan como moléculas antioxidantes, facilitando la reducción de otras proteínas.

En concreto, los científicos han analizadoMethanocaldococcus jannaschii, un metanógeno que habita en ambientes extremos carentes de oxígeno, como zonas hidrotermales y volcanes. En esta arquea, las tiorredoxinas podrían reparar proteínas dañadas por procesos oxidativos, así que serían muy importantes para que realicen sus funciones. Por eso, los investigadores destacan el hecho de que “un proceso biológico tan importante como la formación de metano se encuentre regulado por este sistema”.

Implicaciones en bioenergía y medicina

El hallazgo es muy relevante porque los metanógenos tienen un papel fundamental en muchos procesos biológicos, por ejemplo, el ciclo del carbono. En este proceso, la biomasa formada por plantas muertas se transforma en gas gracias a estos microorganismos sin necesidad de oxígeno. Este principio está permitiendo producir metano a partir de residuos agrícolas, ganaderos o industriales. Por eso, aunque se trata de una investigación básica, está directamente relacionada con el gas natural y, por lo tanto, tiene implicaciones en la producción de bioenergía. Por otra parte, el metano es un gas de efecto invernadero, de manera que todo lo relacionado con su producción también tiene que ver con el cambio climático.

Asimismo, estos microorganismos están presentes en el sistema digestivo de algunos animales para contribuir a la digestión. En humanos, se localizan en el intestino grueso, de manera que este conocimiento, aplicado a la medicina, podría tener implicaciones en el campo de la nutrición.

Los microorganismos en los que se han hallado las tiorredoxinas están muy poco evolucionados y son tan antiguos que “se puede inferir que este mecanismo estaba presente en la Tierra incluso antes de que la existencia del oxígeno”, pero hacen falta más estudios para confirmar la evolución de este sistema.

Colaboración internacional

La historia de esta investigación comenzó en 2007, cuando Bob Buchanan, profesor de la Universidad de California en Berkeley, y Mónica Balsera trabajaban juntos en Alemania. “Empezamos a estudiar aspectos evolutivos de las tiorredoxinas y mediante análisis bioinformáticos comenzamos a ver que algunos componentes que se creían exclusivos de las plantas también se encontraban en otros organismos fotosintéticos, entre ellos, las arqueas”, señala la experta. La Universidad de Kiel, en Alemania, también ha participado en la investigación, ocupándose de una parte del estudio de la fisiología de los microorganismos.

Tras la publicación de este trabajo en PNAS, el IRNASA está intentando caracterizar bioquímica y estructuralmente cada uno de estos componentes del sistema de tiorredoxinas en colaboración con otros dos grupos de investigación salmantinos: el de Rubén Martínez, del Departamento de Microbiología y Genética de la Universidad de Salamanca, y el de José María de Pereda, del Centro de Investigación del Cáncer.

Referencia bibliográfica

Dwi Susanti, Joshua H. Wong, William H. Vensel, Usha Loganathan, Rebecca DeSantis, Ruth A. Schmitz, Monica Balsera, Bob B. Buchanan and Biswarup Mukhopadhyay. 'Thioredoxin targets fundamental processes in a methane-producing archaeon, Methanocaldococcus jannaschii'. PNAS, 2014. doi: 10.1073/pnas.1324240111

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INARSA / José Pichel Andrés (DICYT)

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