Las Vibrionaceae son una familia de bacterias marinas famosas por su bioluminiscencia
Un estudio genómico de bacterias productoras de hidrógeno ha revelado grupos de genes completamente nuevos capaces de producir grandes volúmenes de hidrógeno.
Las Vibrionaceae son una familia de bacterias marinas famosas por su bioluminiscencia, pero también conocidas por incluir entre sus bacterias al patógeno del cólera.
Las Vibrionaceae no han sido temas atractivos en la producción de biocombustibles, pero otra característica única de la familia (su capacidad de generar grandes volúmenes de gas hidrógeno al descomponer una sustancia llamada formiato en dióxido de carbono e hidrógeno mediante la fermentación) ha surgido ahora como una posible solución para la energía verde.
Ahora, un equipo que incluye al profesor Tomoo Sawabe, de la Facultad de Ciencias Pesqueras de la Universidad de Hokkaido; Ramesh Kumar Natarajan, del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Interdisciplinarias (NIIST) de la India; y Fabiano Thompson, de la Universidad Federal de Río de Janeiro, Brasil, ha utilizado la secuenciación del genoma para investigar el mecanismo detrás de esta hazaña bioquímica.
Los investigadores examinaron las 16 especies conocidas de Vibrionaceae, que suelen encontrarse en simbiosis con animales de aguas profundas. Se centraron en la secuencia y la estructura del grupo génico de la formiato hidrogenasa (FHL) de tipo Hyf.
La enzima hidrogenasa de este grupo de genes cataliza la descomposición del formiato en hidrógeno y dióxido de carbono. Este complejo también se encuentra en Escherichia coli, otra bacteria capaz de generar hidrógeno mediante fermentación, aunque en cantidades mucho menores que las Vibrionaceae.
Vídeo: Un cultivo de Vibrio genera hidrógeno mediante la fermentación de polvo de algas mediante la reimportación de formiato. Crédito: Tomoo Sawabe
"Estos análisis revelan una diversidad inesperada de grupos de genes FHL y relaciones entre los grupos de genes y la función en la capacidad de producción de hidrógeno", explica Sawabe.
El equipo descubrió dos nuevos tipos de grupos de genes FHL entre Vibrionaceae, lo que eleva a seis el número total de grupos de genes FHL en estas bacterias. Sugieren que esta diversidad en la estructura del grupo es el resultado de la especiación entre las Vibrionaceae a medida que se adaptaron y evolucionaron para ocupar una variedad de nichos ecológicos.
El estudio también encontró diferencias en la fermentación y producción de hidrógeno asociadas con los diferentes grupos de genes FHL. Vibrio tritonius, una especie marina, y Vibrio porteresiae, encontrada en el arroz silvestre que habita en los manglares, mostraron los niveles más altos de producción de hidrógeno, mientras que Vibrio aerogenes y Vibrio mangrovi mostraron los más bajos.
Imagen: Generación de hidrógeno a partir de los clados Gazogenes (izquierda) y Portersiae (derecha) de Vibrio. Las cepas de Vibrio portersiae (líneas rojo oscuro y naranja oscuro, gráfico derecho) generan las mayores cantidades de hidrógeno. Crédito: Tomoo Sawabe
Hubo una correlación entre los niveles de producción de hidrógeno y la capacidad de las bacterias para absorber el formiato nuevamente en sus células.
"Estos genotipos fortalecen el metabolismo del formiato como un posible factor clave para mantener la producción de hidrógeno fermentativo en grupos específicos de vibrios", concluye Sawabe.
Los hallazgos respaldan la propuesta de los investigadores de que algunas especies se vieron impulsadas a desarrollar una mayor producción de hidrógeno debido a su necesidad de desintoxicar el formiato del medio ambiente, lo que ellos llaman la hipótesis de desintoxicación del formiato.
Los hallazgos también podrían arrojar luz sobre la evolución de la fermentación del hidrógeno en otras especies bacterianas, como E. coli.
Los hallazgos se publican en la revista Current Microbiology: Unexpected Diversity in Gene Clusters Encoding Formate Hydrogenlyase Complex Machinery in Vibrionaceae Correlated to Fermentative Hydrogen Production
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