Cambio de paradigma: Los microbios metanogénicos no siempre se limitan al metano
"Es algo que revoca un paradigma tan antiguo, a saber, que todos los metanógenos son metanógenos obligados"
Un estudio dirigido por microbiólogos de la Universidad Técnica de Dresde demuestra que las arqueas metanogénicas no siempre necesitan formar metano para sobrevivir. Es posible eludir la metanogénesis con el metabolismo energético acetogénico, aparentemente más sencillo y respetuoso con el medio ambiente. Estos nuevos hallazgos demuestran que los metanógenos no están tan limitados metabólicamente como se creía, y sugieren que la metanogénesis puede haber evolucionado a partir de la vía del acetil-CoA, lo que supone un paso importante para comprender plenamente la ecología, la biotecnología y la evolución de las arqueas.
La vía del acetil-CoA (negro) y la metanogénesis (naranja) en una célula de Methanosarcina. El acetil-CoA se utiliza anabólicamente (verde) o catabólicamente (rojo); los cofactores y las enzimas implicadas están abreviados, la entrada de electrones no se muestra.
Michael Rother
Las arqueas son pequeños microorganismos unicelulares (microbios) que forman uno de los tres dominios de la vida celular, junto con las bacterias y los eucariotas. No poseen un núcleo y, por tanto, pertenecen a los procariotas como las bacterias. Las arqueas metanogénicas forman metano como producto final de su metabolismo energético (catabolismo), un importante producto intermedio en el ciclo global del carbono, que es muchas veces más perjudicial para el clima que el dióxido de carbono. Los metanógenos se encuentran principalmente en las turberas, los campos de arroz, el estiércol y en el tracto digestivo de los rumiantes.
Hasta ahora, se consideraba científicamente establecido que los metanógenos no tienen medios alternativos para conservar la energía y, por tanto, deben producir metano. La vía reductora de la acetil-coenzima A (acetil-CoA), que tiene varios pasos en común con la metanogénesis y es responsable de la síntesis de componentes celulares (anabolismo) en los metanógenos, podría representar esa alternativa. De hecho, es el único proceso metabólico que puede participar tanto en el catabolismo como en el anabolismo.
El profesor Michael Rother, microbiólogo de la Universidad Técnica de Dresde, y su equipo, junto con sus colegas de Göttingen, Leipzig y Helsinki, han investigado ahora un fenómeno peculiar en la arquea metanógena Methanosarcina acetivorans: Durante el crecimiento con monóxido de carbono (CO), M. acetivorans forma poco metano, y el flujo de carbono celular se desvía significativamente de la vía metanogénica hacia el acetil-CoA. El acetato producido a partir de la vía del acetil-CoA permite directamente la síntesis de trifosfato de adenosina (ATP) mediante la fosforilación a nivel de sustrato.
Rother y su equipo querían ahora saber si el metabolismo del organismo puede ser completamente "forzado" hacia la acetogénesis, es decir, si la traitis metanogénica es realmente esencial. El equipo tuvo éxito y acabó seleccionando un mutante que crecía sin formación significativa de metano, es decir, que se había convertido en acetógeno. Los análisis genéticos, genómicos y proteómicos de la cepa seleccionada revelaron que, aunque los componentes cruciales de la cadena respiratoria estaban ahora ausentes, la enzima que produce su sustrato (un heterodisulfuro) seguía siendo esencial para la supervivencia.
"Esta aparente contradicción sólo puede explicarse por una función anabólica -y esencial- del heterodisulfuro, hasta ahora desconocida, que ahora tenemos que averiguar", dice el profesor Rother, y añade: "Es algo muy importante para derribar un paradigma tan antiguo, a saber, que todos los metanógenos son metanógenos obligados. De hecho, probablemente no estén tan limitados en su metabolismo energético como se pensaba. Además, la posibilidad de convertir el metabolismo metanogénico en el aparentemente más sencillo metabolismo acetogénico sugiere que la metanogénesis puede haber evolucionado a partir de una versión antigua de la vía del acetil-CoA".
Si la flexibilidad del metabolismo energético observada en M. acetivorans está más extendida de lo que se pensaba, podría conducir a enfoques para reducir las emisiones de metano producidas por el hombre sin tener que inhibir completamente estos importantes organismos.
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