Los
investigadores que hicieron el descubrimiento no tenía la intención de
explicar la geoquímica océano, sino buscar nuevos antibióticos. La
investigación, financiada por los Institutos Nacionales de Salud
ECOticias.
Hasta el 4 por ciento del metano de la Tierra proviene de las
aguas ricas en oxígeno del océano, pero los científicos no han podido
identificar la fuente de este gas de efecto invernadero. Ahora, un
equipo de investigadores ha encontrado el origen: una química extraña
producida por los microorganismos más abundantes del planeta. El
hallazgo ha sido publicado en la revista 'Science'.
Los investigadores que hicieron el descubrimiento no tenía la
intención de explicar la geoquímica océano, sino buscar nuevos
antibióticos. La investigación, financiada por los Institutos Nacionales
de Salud, explora una clase inusual de potenciales agentes
antibióticos, llamados fosfonatos, ya en uso en la agricultura y la
medicina.
Muchos microbios producen fosfonatos contra sus competidores. Los
fosfonatos imitan a las moléculas que los microbios utilizan, pero
tienden a ser más resistentes a la degradación enzimática. El secreto de
su éxito es la durabilidad de su enlace carbono-fósforo.
"Estábamos analizando los antibióticos que tienen este enlace
carbono-fósforo", explica William Metcalf, de la Universidad de
Illinois, quien dirigió el estudio junto con el profesor Wilfred van der
Donk, quien continúa "entonces, encontramos genes en un microbio que
pensamos que producirían un antibiótico. Pero no lo hicieron. Produjeron
algo totalmente diferente".
El microbio en cuestión fue el Nitrosopumilus maritimus, uno de los
organismos más abundantes del planeta, que habita en las regiones ricas
en oxígeno del océano. Al escanear los genomas microbianos, Benjamin
Griffin, investigador en el laboratorio de Metcalf, observó que N.
maritimus tenía un gen que produce una enzima, que se parece a otras
enzimas implicadas en la biosíntesis del fosfonato. Además, el microbio
también contenía los genes para hacer una molécula, llamada HEP, que
media en la biosíntesis de fosfonato.
Para determinar si el N. maritimus podía producir un antibiótico de
fosfonato, el investigador Robert Cicchillo clonó el gen de la enzima
misteriosa, expresado en una bacteria (E. coli), e impulsó la producción
de la enzima. Cuando los investigadores agregaron HEP ??a la enzima, la
reacción química produjo un compuesto que había sido buscado durante
mucho tiempo, que podría explicar el origen del metano en el océano
aeróbico.
Los científicos habían estado buscando este compuesto, el
metilfosfónico, desde 2008, cuando David Karl, de la Universidad de
Hawai, Edward DeLong, del MIT y sus colaboradores, publicaron una
hipótesis para explicar la presencia de metano en el océano aeróbico.
Los microbios conocidos que producen metano son anaerobios, incapaces de
tolerar el oxígeno. Sin embargo, el océano aeróbico está saturado de
metano.
Para explicar esta "paradoja del metano", Karl y DeLong indican que
muchos microbios marinos aeróbicos son anfitriones de una enzima que
puede romper el enlace carbono-fósforo. Si ese enlace se incorpora en
una molécula con un solo átomo de carbono, el ácido metilfosfónico, uno
de los subproductos de esta escisión sería el metano.
"Hubo un pequeño problema con esta teoría", afirma Van der Donk. "El
ácido metilfosfónico nunca se ha detectado en los ecosistemas marinos".
El laboratorio de Van der Donk llevó a cabo más experimentos que
demostraran que el N. maritimus estaba sintetizando ácidos fosfónicos.
"El análisis químico fue un esfuerzo hercúleo", afirma Metcalf, quien
agrega que el microbio mide "una décima parte del tamaño de un microbio
estándar de rata de laboratorio, el E. coli, y crece en densidades
celulares mucho más bajas".
Los experimentos indicaron que el metilfosfonato se une a otra
molécula, probablemente un azúcar unido a la superficie del microbio.
Cuando N. maritimus muere, otros microbios marinos rompen el enlace
carbono-fósforo del metilfosfonato para engullir el fósforo, un elemento
que es poco común en los océanos, pero esencial para la vida. Este
proceso genera metano.
Los nuevos hallazgos ayudarán a comprender el cambio climático, señala Metcalf.
Hasta el 4 por ciento del metano de la Tierra proviene de las aguas
ricas en oxígeno del océano, pero los científicos no han podido
identificar la fuente de este gas de efecto invernadero. Ahora, un
equipo de investigadores ha encontrado el origen: una química extraña
producida por los microorganismos más abundantes del planeta. El
hallazgo ha sido publicado en la revista 'Science'.
Los investigadores que hicieron el descubrimiento no tenía la
intención de explicar la geoquímica océano, sino buscar nuevos
antibióticos. La investigación, financiada por los Institutos Nacionales
de Salud, explora una clase inusual de potenciales agentes
antibióticos, llamados fosfonatos, ya en uso en la agricultura y la
medicina.
Muchos microbios producen fosfonatos contra sus competidores. Los
fosfonatos imitan a las moléculas que los microbios utilizan, pero
tienden a ser más resistentes a la degradación enzimática. El secreto de
su éxito es la durabilidad de su enlace carbono-fósforo.
"Estábamos analizando los antibióticos que tienen este enlace
carbono-fósforo", explica William Metcalf, de la Universidad de
Illinois, quien dirigió el estudio junto con el profesor Wilfred van der
Donk, quien continúa "entonces, encontramos genes en un microbio que
pensamos que producirían un antibiótico. Pero no lo hicieron. Produjeron
algo totalmente diferente".
El microbio en cuestión fue el Nitrosopumilus maritimus, uno de los
organismos más abundantes del planeta, que habita en las regiones ricas
en oxígeno del océano. Al escanear los genomas microbianos, Benjamin
Griffin, investigador en el laboratorio de Metcalf, observó que N.
maritimus tenía un gen que produce una enzima, que se parece a otras
enzimas implicadas en la biosíntesis del fosfonato. Además, el microbio
también contenía los genes para hacer una molécula, llamada HEP, que
media en la biosíntesis de fosfonato.
Para determinar si el N. maritimus podía producir un antibiótico de
fosfonato, el investigador Robert Cicchillo clonó el gen de la enzima
misteriosa, expresado en una bacteria (E. coli), e impulsó la producción
de la enzima. Cuando los investigadores agregaron HEP ??a la enzima, la
reacción química produjo un compuesto que había sido buscado durante
mucho tiempo, que podría explicar el origen del metano en el océano
aeróbico.
Los científicos habían estado buscando este compuesto, el
metilfosfónico, desde 2008, cuando David Karl, de la Universidad de
Hawai, Edward DeLong, del MIT y sus colaboradores, publicaron una
hipótesis para explicar la presencia de metano en el océano aeróbico.
Los microbios conocidos que producen metano son anaerobios, incapaces de
tolerar el oxígeno. Sin embargo, el océano aeróbico está saturado de
metano.
Para explicar esta "paradoja del metano", Karl y DeLong indican que
muchos microbios marinos aeróbicos son anfitriones de una enzima que
puede romper el enlace carbono-fósforo. Si ese enlace se incorpora en
una molécula con un solo átomo de carbono, el ácido metilfosfónico, uno
de los subproductos de esta escisión sería el metano.
"Hubo un pequeño problema con esta teoría", afirma Van der Donk. "El
ácido metilfosfónico nunca se ha detectado en los ecosistemas marinos".
El laboratorio de Van der Donk llevó a cabo más experimentos que
demostraran que el N. maritimus estaba sintetizando ácidos fosfónicos.
"El análisis químico fue un esfuerzo hercúleo", afirma Metcalf, quien
agrega que el microbio mide "una décima parte del tamaño de un microbio
estándar de rata de laboratorio, el E. coli, y crece en densidades
celulares mucho más bajas".
Los experimentos indicaron que el metilfosfonato se une a otra
molécula, probablemente un azúcar unido a la superficie del microbio.
Cuando N. maritimus muere, otros microbios marinos rompen el enlace
carbono-fósforo del metilfosfonato para engullir el fósforo, un elemento
que es poco común en los océanos, pero esencial para la vida. Este
proceso genera metano.
Los nuevos hallazgos ayudarán a comprender el cambio climático, señala Metcalf.
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