Las cianobacterias realizan la fotosíntesis a escala gigantesca
Las cianobacterias, también llamadas algas verdiazules, son conocidas como las "plantas del océano" porque realizan la fotosíntesis a escala gigantesca, producen oxígeno y extraen del medio ambiente el gas de efecto invernadero CO2. Sin embargo, para ello necesitan nutrientes adicionales como el nitrógeno.
Un equipo dirigido por el biólogo Dr. Wolfgang R. Hess, profesor de genética en la Universidad de Friburgo, ha descubierto un gen hasta ahora desconocido que desempeña un papel clave en la coordinación del metabolismo del nitrógeno y los carbohidratos. Con él, las cianobacterias regulan indirectamente el crecimiento de microorganismos que favorecen la fotosíntesis.
"Nuestro trabajo muestra que existen numerosas interdependencias hasta ahora desconocidas, incluso entre los organismos más pequeños del medio ambiente, y que en esto influyen muchos genes hasta ahora desconocidos", afirma Hess.
Equilibrio entre nutrientes primarios
Imagen derecha: Cianobacterias en cultivos de alta densidad. Crédito: Alexander Kraus
Las cantidades de carbono (CO2) y nitrógeno disponibles para plantas, algas y cianobacterias no siempre son las mismas. Para la fotosíntesis es de gran importancia un equilibrio fisiológicamente relevante entre estos dos nutrientes primarios.
En los datos genéticos de las cianobacterias, Alexander Kraus, estudiante de doctorado con Wolfgang R. Hess en la Universidad de Friburgo, ha descubierto y caracterizado un gen que desempeña un papel clave en este contexto: el gen codifica una proteína denominada NirP1. Esto sólo se produce si las células identifican una deficiencia de carbono en relación al nitrógeno disponible.
La proteína es en sí misma demasiado pequeña para actuar como enzima como muchas otras proteínas. Sin embargo, en colaboración con el Dr. Philipp Spät y el Prof. Dr. Boris Maček del Centro de Proteomas de la Universidad de Tubinga, los investigadores pudieron descubrir que NirP1 puede unirse permanentemente a una enzima que normalmente convertiría el nitrito en amonio.
NirP1 previene esto y así asegura que el nitrito se acumule en las células. A esto le siguen otros masivos cambios metabólicos, que se analizaron en detalle en colaboración con el equipo del Prof. Dr. Martin Hagemann de la Universidad de Rostock.
Finalmente, las cianobacterias comienzan a exportar nitrito al medio ambiente, donde el nitrito adicional estimula el crecimiento de microorganismos útiles y, por tanto, de un microbioma beneficioso para la fotosíntesis de las cianobacterias.
Los resultados sugieren ideas para la investigación en curso sobre las interacciones entre microorganismos y el papel de este gen regulador, hasta ahora poco conocido, afirma Hess. "Además, en el futuro se podrían utilizar pequeños reguladores de proteínas como NirP1 en la biotecnología 'verde' y 'azul' para un control específico del metabolismo".
Los resultados han sido publicados en Nature Communications: Protein NirP1 regulates nitrite reductase and nitrite excretion in cyanobacteria
