Descifran la vía metabólica para la producción de hidrógeno de las algas en la oscuridad

Investigadores del RUB han descifrado un poco conocido camino metabólico para la producción de hidrógeno mediante algas verdes en la oscuridad.

Han descubierto un mecanismo para la producción de este gas que apenas había sido examinado anteriormente; normalmente, los investigadores se interesan por la síntesis de hidrógeno impulsada por luz.

Las algas verdes unicelulares son pequeños organismos microscópicos: caben diez a lo ancho en un cabello humano. En cierto modo, las microalgas no son tan diferentes de los grandes vegetales, como los árboles. Por ejemplo, también llevan a cabo la fotosíntesis. Al contrario que las plantas terrestres, pueden usar la energía de la luz para la producción de moléculas de hidrógeno (H₂). Sin embargo, las Clamydomonas solo forman hidrógeno bajo estrés. La disposición de gas energéticamente rico sirve como una especie de válvula de desbordamiento de manera que el exceso de energía de la luz no daña el sensible aparato fotosintético. Las Chlamydomonas también pueden producir hidrógeno en la oscuridad. Aunque este hecho es conocido desde hace décadas, la síntesis de H₂ en ausencia de luz apenas ha sido estudiada porque se produce menos gas en oscuridad que con luz. Además, es complicado aislar grandes cuantidades de la enzima clave para la reacción en oscuridad, el denominada piruvato:ferredoxina oxidorreductasa.

El equipo de investigación reconstruyó el núcleo de producción de hidrógeno en oscuridad in vitro, demostrando así el mecanismo subyacente. Con el fin de involucrar a las proteínas, los científicos las produjeron mediante bacterias. Primero introdujeron los correspondientes genes de alga verde en la bacteria Escherichia coli, por ejemplo, el gen para el piruvato:ferredoxina oxidorreductasa. A continuación, la E. coli produjo las proteínas de acuerdo con la plantilla dada. Los investigadores las aislaron de las células bacteriales y las examinaron como un kit de construcción. En el tubo de ensayo, los biólogos analizaron como las diferentes combinaciones de proteínas interactuaban las unas con las otras bajo condiciones ambientales específicas.

De este modo descubrieron que, bajo estrés en la oscuridad, las algas cambiaban a una vía metabólica que normalmente solo se encuentra en bacterias o parásitos unicelulares. Las Chlamydmonas tienen una enzima evolutivamente antigua. Con ayud de la vitamina B1 y átomos de hierro, gana energía de la ruptura de azúcares. Esta energía es luego usada por otra enzima de las algas verdes, la hidrogenasa, para formar hidrógeno. El microalga unicelular cambia a esta vía metabólica cuando repentinamente encuentra en condiciones libres de oxígeno en la oscuridad. Ya que, como los humanos, las algas verdes necesitan oxígeno para respirar si no pueden obtener energía de la luz solar. La formación de hidrógeno en la oscuridad ayuda a las células a sobrevivir a esas condiciones de estres.

Via RUHR