Laboratorios vivos
Los biólogos de LMU Marcel Dann y Dario Leister han demostrado por primera vez que las cianobacterias y las plantas emplean mecanismos similares y proteínas clave para regular el flujo cíclico de electrones durante la fotosíntesis.
En su laboratorio de Martinsried, el profesor Dario Leister investiga los procesos de fotosíntesis.
ole/LMU
El flujo cíclico de electrones (CEF) es un componente crucial de la fotosíntesis tanto en las plantas como en las cianobacterias. Sin embargo, hasta ahora, no estaba claro en qué se diferencia del proceso de transporte de electrones del flujo de electrones lineales (LEF) ni con qué componentes comparte, ni cómo se regula. Los biólogos de la LMU Marcel Dann y Dario Leister han demostrado que dos proteínas específicas, llamadas PGRL1 y PGR5, actúan como mediadores en el control del CEF en las plantas. Estas proteínas han sido identificadas como elementos importantes en la fotosíntesis en los últimos años, tanto en el laboratorio de Leister como por un grupo de investigadores en Japón. En las plantas, la cantidad de energía biológicamente útil (en forma de ATP) generada por la vía FEL es insuficiente para la síntesis de azúcares a partir del dióxido de carbono. El ATP producido por el flujo cíclico de electrones compensa este déficit y es vital para la fijación de carbono. Esto se hace evidente cuando las plantas están expuestas al estrés, tienen que reparar el daño causado por los altos niveles de luz, o se enfrentan a otros cambios ambientales perjudiciales. "Cuando el CEF es defectuoso, las plantas se enferman rápidamente", dice Leister.
Dado que el flujo cíclico de electrones es extremadamente difícil de medir directamente en las plantas, Dann y Leister se volvieron hacia las cianobacterias, que también poseen una vía CEF. Las cianobacterias son un sistema modelo muy útil porque los orgánulos conocidos como cloroplastos - los sitios de fotosíntesis en las plantas - fueron realmente derivados de ellos durante la evolución. Los mecanismos moleculares que regulan el CEF en las cianobacterias son, por lo tanto, similares, pero significativamente menos complejos que los utilizados por las plantas, explica Leister. "Estos son sistemas que utilizan una forma más simple de fotosíntesis." En su estudio, que aparece en la revista online Nature Communications, los autores introdujeron los genes que codifican las dos proteínas vegetales PGRL1 y PGR5 en varias cepas mutantes de estas bacterias y analizaron sus efectos sobre la fotosíntesis. "Nos sorprendió bastante descubrir que, de hecho, podíamos medir algo que se parecía mucho al transporte cíclico de electrones", dice Leister. Este hallazgo demuestra claramente que estas dos proteínas juegan un papel clave en el flujo cíclico de electrones. Además, se ha comprobado que son suficientes para restablecer el CEF en las cianobacterias mutantes.
Esto es particularmente notable, porque las cianobacterias carecen de PGRL1, aunque tienen una proteína similar a PGR5. Por esta razón, los investigadores se han preguntado durante mucho tiempo por qué estas células logran implementar la CEF con la ayuda de este homólogo de PGR5, mientras que la vía de la planta requiere tanto PGR5 como PGRL1. Los dos investigadores también encontraron una posible respuesta a este acertijo. Demostraron que las cianobacterias tienen una segunda proteína, llamada Sll1217, que aparentemente tiene una función análoga a la de PGRL1 en las plantas. Aunque Sll1217 muestra un nivel muy bajo de similitud estructural (es decir, secuencia de aminoácidos) con la planta PGRL1, interactúa con PGR5 tanto de las plantas como de las cianobacterias. Dann y Leister son los primeros en sugerir una función en CEF para Sll1217.
Dario Leister planea hacer un uso práctico de estos nuevos conocimientos. Su último proyecto, "PhotoRedesign", por el que recientemente recibió una subvención de sinergia del Consejo Europeo de Investigación (ERC), tiene como objetivo mejorar el rendimiento fotosintético y desarrollar formas para que las plantas puedan aprovechar mejor la luz solar. "Intentamos vencer a la naturaleza combinando los mejores elementos de diferentes sistemas de fotosíntesis", dice Leister. En este sentido, las cianobacterias modificadas genéticamente ofrecen nuevas oportunidades para la experimentación. "En las bacterias, podemos alterar experimentalmente la versión vegetal del transporte cíclico de electrones mediante manipulación genética en unas pocas semanas", señala Leister. "La cepa cianobacteriana alterada es como un laboratorio vivo, lo que nos permite jugar con el proceso de CEF. Tales experimentos llevarían años en las plantas". Y las soluciones que funcionan en las cianobacterias se pueden probar en las plantas. "Eso no sólo ahorra mucho tiempo, sino que nos permite realizar experimentos que serían imposibles de hacer en las plantas."
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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