Avances en biología que podrían optimizar el proceso de fotosíntesis

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Las cianobacterias y las plantas comparten una enzima en común, el rubisco, que captura 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, el rubisco a menudo es bloqueado por pequeñas moléculas que se unen a él. En respuesta, la proteína Rubisco Activase, sale al rescate eliminando las moléculas no deseadas para que Rubisco pueda volver a cumplir su función.

Los avances recientes en bioinformática han permitido que el laboratorio de Cheryl Kerfeld identifique un gen de cianobacterias que se parece al de Rubisco activasa que codificas las plantas.

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El nuevo gen codifica lo que el laboratorio llama, proteína cianobacteriana tipo activasa o ALC.

«Este gen está muy extendido en muchos grupos taxonómicos de cianobacterias. Estas incluyen varias especies filamentosas unicelulares y multicelulares», dijo Sigal Lechno-Yossef, profesor asistente de investigación en el laboratorio de Kerfeld.

La función del ALC cianbacteriano sigue siendo desconocida. Los científicos trataron de mezclar en un tubo de ensayo el ALC de un modelo de cianobacteria, Fremyella diplosiphon, con rubisco inhibido del mismo organismo. El ALC no alivió al rubisco de la inhibición por moléculas pequeñas.

Sin embargo, en la célula, la proteína está físicamente cerca del rubisco, al igual que su contraparte vegetal. Esa es una razón por la que Lechno-Yossef cree que podrían trabajar juntos.

«También tenemos evidencia bioinformática que muestra que el ALC evoluciona junto con rubisco en las cianobacterias. Este hallazgo es un soporte adicional para la interacción entre estas dos proteínas», dijo Lechno-Yossef.

Entonces, si ALC no desbloquea rubisco, ¿qué hace?

«Vimos que el ALC causaba la agregación de proteínas de rubisco», dijo Lechno-Yossef. «Esta función es similar a la de otra proteína cianobacteriana, que se sabe que contribuye a la regulación y localización de rubisco en la célula».

También hay evidencia de que ALC ayuda a su huésped a detectar niveles de CO2 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, eliminar la Rubisco activasa análoga hace que se mueran de hambre por la falta de carbono, un nutriente crucial).

Sin embargo, esas mismas cepas experimentaron cambios morfológicos cuando crecieron en ambientes ricos en CO2.

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La nueva investigación es prometedora para el campo de la biotecnología. En las plantas, la Activasa de rubisco es el foco de muchos estudios, como parte de los esfuerzos para aumentar el rendimiento de rubisco. Esto daría como resultado plantas con mayor contenido nutricional y mayores rendimientos de los cultivos. Pero tales esfuerzos han quedado sin recompensa 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 cianobacterias para producir compuestos o materiales de energía renovable para su uso en medicina o industria».

«Ahora que sabemos que las cianobacterias tienen una enzima que es compatible con rubisco, podríamos intentar fabricar cianobacterias más robustas para aplicaciones industriales», dijo Lechno-Yossef.

 
 
 
 
 

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