Estudio descubre cómo las bacterias primordiales se adaptaron al arsénico

colonia de cianobacterias

El arsénico es la sustancia tóxica más común en nuestro medio ambiente

Si pudieras tomar prestada la máquina del tiempo de H.G.Wells y viajar tres mil millones de años atrás, literalmente te dejaría sin aliento. No había oxígeno en el aire. No podrías respirar.

"La Tierra era tan alienígena como otro planeta, sin oxígeno en la atmósfera, océanos ácidos y altos niveles de elementos tóxicos como el arsénico", dijo el investigador Barry Rosen, un distinguido profesor de la Facultad de medicina Herbert Wertheim de la Florida International University y un experto mundialmente reconocido en arsénico. "Los primeros organismos tuvieron que desarrollar formas de desintoxicar el arsénico para sobrevivir en ese ambiente hostil".

Esos organismos desarrollaron genes de resistencia al arsénico que tenían información genética para sistemas de transporte que bombeaban arsénico fuera de las células y para enzimas que transformaban el arsénico en moléculas más complejas.

En un estudio recién publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences, Rosen y su colaborador Yongguan Zhu de la Academia China de Ciencias, junto con colegas de Alemania, China y Estados Unidos, descubrieron que la vida desarrolló nuevas formas de adaptarse a la biotoxicidad modificada del arsénico después de lo que se conoce como el Gran Evento de Oxidación (GOE).

Las adaptaciones incluyeron la evolución de nuevas enzimas y nuevas vías de usar oxígeno para llevar a cabo sus reacciones.

Hace unos 2.500 millones de años, durante el Gran Evento de Oxidación, las bacterias fotosintéticas llamadas cianobacterias aprendieron a usar la energía de la luz solar. En el proceso, estas bacterias produjeron grandes cantidades de oxígeno que cambiaron por completo la atmósfera y la geoquímica de la tierra.

Sistemas de Resistencia al Arsénico

Imagen: Sistemas de resistencia al arsénico antes (A) y después (B) del GOE

Los científicos lo saben desde hace un tiempo, pero ha sido mucho más difícil descubrir qué sucedió después.

"Recién estamos comenzando a entender cómo se adaptó la biología a esta transición clave en la historia de la vida", dijo Rosen.

arsénico en el Parque Nacional YellowstoneUna consecuencia importante del GOE fue un cambio en la naturaleza química y la toxicidad del arsénico. El arsénico es la sustancia tóxica más común en nuestro medio ambiente. Ocupa el primer lugar en la lista de sustancias peligrosas de la Agencia Superfund de Protección Ambiental. Descubrir cómo las bacterias se adaptaron a la exposición al arsénico brinda a los científicos la oportunidad de comprender cómo la exposición continua de los humanos al arsénico causa cáncer, diabetes y retrasos en el desarrollo infantil.

El equipo internacional de investigadores utilizó el análisis de reloj molecular complejo para determinar la historia evolutiva del sistema genético para la desintoxicación de arsénico. Un reloj molecular no dice la hora como un reloj normal. Es una técnica utilizada en biología evolutiva que estima cuánto tiempo hace que evolucionaron los genes al comparar las diferencias en el ADN.

Hoy, todos los organismos vivos, desde las bacterias hasta los humanos, están expuestos al arsénico a diario.

"Nuestros resultados proporcionan nuevas ideas sobre la evolución microbiana: cómo la vida aprendió a vivir con arsénico", dijo Rosen.

Artículo científico: The Great Oxidation Event expanded the genetic repertoire of arsenic metabolism and cycling

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