Respiración profunda: se desvela un secreto metabólico de las arqueas que consumen etano

respiradero hidrotermal
El sumergible científico ALVIN toma muestras de los respiraderos hidrotermales de la cuenca de Guaymas. Las esteras de color amarillo anaranjado están compuestas por microbios que viven de los productos de la degradación de los alcanos en los sedimentos subyacentes. Crédito: Woods Hole Oceanographic Institution

Los microbios que degradan el etano desempeñan un importante papel en el ciclo del carbono

Científicos de Bremen, Alemania, han caracterizado nuevas enzimas de microbios de aguas profundas con una función clave en el proceso de degradación del etano, revelando sorpresas en el metabolismo de estos organismos.

Las filtraciones en las profundidades marinas emiten alcanos de forma natural, que son contaminantes potencialmente peligrosos para la vida y que actúan sobre el calentamiento global.

Afortunadamente, los sedimentos que rodean las filtraciones albergan microbios que actúan como un filtro biológico: consumen la mayoría de los alcanos antes de liberarlos en los océanos y la atmósfera. Esta denominada oxidación anaeróbica de los alcanos es un importante proceso microbiano, aunque poco comprendido.

Científicos del Instituto Max Planck de Microbiología Marina y del Centro Marum de Ciencias Ambientales Marinas en Bremen, Alemania, presentan ahora un estudio sobre la degradación del etano, el segundo alcano más abundante en las filtraciones.

Caracterizaron las enzimas implicadas en el proceso y descubrieron que su reacción rompe un dogma establecido en el campo de la bioquímica anaeróbica.

Una pieza faltante en la maquinaria de recuperación de energía sospechada a partir de datos genómicos

degradación del etano

Imagen: Reacciones moleculares implicadas en la degradación del etano. Crédito: Olivier Lemaire Instituto Max Planck de Microbiología Marina

La oxidación anaeróbica del etano fue descrita hace unos años y muchos de sus secretos aún están por descifrar. "Al dibujar en papel las reacciones químicas de la vía, encontramos grandes lagunas en la bioquímica que no habíamos cartografiado. Dedujimos que los organismos implicados deben adquirir energía celular a través de una vía desconocida", explica el primer autor Olivier Lemaire.

Las dos últimas enzimas del proceso generan dióxido de carbono (CO2) a partir del etano. Otros microbios utilizan una proteína llamada ferredoxina para captar los electrones producidos en el proceso. "Eso también se suponía en el caso de los oxidantes de etano. Sin embargo, cuando analizamos el genoma de los microbios, descubrimos que no tienen las herramientas enzimáticas para obtener energía celular mediante el uso de ferredoxina. Por lo tanto, debía haber algo más en juego", afirma Lemaire.

Un desafiante estudio logrado mediante una colaboración científica exitosa

Resolver este enigma sólo fue posible gracias a una estrecha colaboración entre las instituciones asociadas. Gunter Wegener y su equipo lograron tomar muestras de sedimentos de fuentes hidrotermales ricas en gas natural y cultivar en el laboratorio a partir de ellos el consorcio microbiano degradador de etano, a pesar de que se trata de una tarea muy exigente.

Utilizando estos cultivos, el grupo de Tristan Wagner logró aislar y caracterizar las enzimas involucradas en la oxidación del etano. "Aislar enzimas de un cultivo microbiano tan valioso y complejo es un verdadero desafío, pero lo logramos con mucho esfuerzo y meticulosidad", afirma Wagner.

metabolismo del etano

Imagen: Metabolismo catabólico propuesto en el consorcio Ethane50. Crédito: Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-53338-7

Una diferente composición enzimática provoca un reordenamiento metabólico

Los análisis publicados ahora muestran que ambas enzimas albergan una proteína adicional, conectada electrónicamente al resto de la enzima a través de un cableado formado por átomos de hierro y azufre. Esta subunidad permite la utilización de un aceptor de electrones alternativo: el F420, una molécula basada en flavina, que es una clase de sustancias químicas también importantes para los humanos (como la vitamina B2, por ejemplo).

"Los compuestos enzimáticos de las enzimas formadoras de CO2 y de las F420-reductasas eran hasta ahora desconocidos", explica Wagner. Los investigadores confirmaron mediante experimentos adicionales que ambas enzimas utilizan F420 como aceptor de electrones. "Este descubrimiento rompe un dogma en el campo científico del metabolismo anaeróbico, ya que amplía lo que pueden hacer estas enzimas".

"Suponemos que la combinación de la generación de CO2 con el F420 como aceptor de electrones podría estimular todo el proceso. Los electrones luego se transfieren a través de la membrana celular a otro microbio, reduciendo el sulfato, que es un principio común en los consorcios oxidantes de alcanos", dice Gunter Wegener.

Un hito en la comprensión de la degradación del etano

Al dilucidar este enigma metabólico, Lemaire y sus colegas revelan un aspecto clave de los microbios que degradan el etano, que desempeñan un importante papel en el ciclo del carbono. También demuestra que el conocimiento adquirido a partir de unos pocos organismos modelo no puede transponerse simplemente a especies relacionadas y que las enzimas involucradas pueden ser más versátiles de lo que se suponía.

"Nuestro estudio ilustra lo poco que sabemos sobre el metabolismo de estos microbios, que han vivido en nuestro planeta durante miles de millones de años y pueden adaptarse a tantos entornos, y lo importante que es comprenderlos a través de medios experimentales", concluye Wagner.

El estudio tiene un impacto de gran alcance ya que el proceso de oxidación de alcanos realizado por este tipo de microorganismos es un elemento crucial del filtro biológico existente en las filtraciones marinas, evitando eflujos masivos de alcanos producidos naturalmente en la atmósfera y el agua del mar. Por lo tanto, el estudio proporciona información crucial sobre el papel de los microorganismos en la transformación de la materia orgánica.

Los resultados del estudio se publican en Nature Communications: Ethane-oxidising archaea couple CO2 generation to F420 reduction

Etiquetas: DegradaciónMetabolismoEtanoMicrobio

Ya que estás aquí...

... tenemos un pequeño favor que pedirte. Más personas que nunca están leyendo Vista al Mar pero su lectura es gratuita. Y los ingresos por publicidad en los medios están cayendo rápidamente. Así que puedes ver por qué necesitamos pedir tu ayuda. El periodismo divulgador independiente de Vista al Mar toma mucho tiempo, dinero y trabajo duro para producir contenidos. Pero lo hacemos porque creemos que nuestra perspectiva es importante, y porque también podría ser tu perspectiva.

Si todo el que lee nuestros artículos, que le gustan, ayudase a colaborar por ello, nuestro futuro sería mucho más seguro. Gracias.

Hacer una donación a Vista al Mar

Boletín de subscripción

Creemos que el gran periodismo tiene el poder de hacer que la vida de cada lector sea más rica y satisfactoria, y que toda la sociedad sea más fuerte y más justa.

Recibe gratis nuevos artículos por email:

Especies marinas

Medio ambiente

Ciencia y tecnología

Turismo