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Una extraña química microorgánica genera el metano océanico

Los investigadores que hicieron el descubrimiento no tenía la intención de explicar la geoquímica océano,  sino buscar nuevos antibióticos. La investigación, financiada por los Institutos Nacionales de Salud
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Fecha de publicació: 31/08/2012, 13:52 h | (522) veces leída

Hasta el 4 por ciento del metano de la Tierra proviene de las aguas ricas en oxígeno del océano, pero los científicos no han podido identificar la fuente de este gas de efecto invernadero. Ahora, un equipo de investigadores ha encontrado el origen: una química extraña producida por los microorganismos más abundantes del planeta. El hallazgo ha sido publicado en la revista 'Science'.

   Los investigadores que hicieron el descubrimiento no tenía la intención de explicar la geoquímica océano,  sino buscar nuevos antibióticos. La investigación, financiada por los Institutos Nacionales de Salud, explora una clase inusual de potenciales agentes antibióticos, llamados fosfonatos, ya en uso en la agricultura y la medicina.

Muchos microbios producen fosfonatos contra sus competidores. Los fosfonatos imitan a las moléculas que los microbios utilizan, pero tienden a ser más resistentes a la degradación enzimática. El secreto de su éxito es la durabilidad de su enlace carbono-fósforo.

"Estábamos analizando los antibióticos que tienen este enlace carbono-fósforo", explica William Metcalf, de la Universidad de Illinois, quien dirigió el estudio junto con el profesor Wilfred van der Donk, quien continúa "entonces, encontramos genes en un microbio que pensamos que producirían un antibiótico. Pero no lo hicieron. Produjeron algo totalmente diferente".

El microbio en cuestión fue el Nitrosopumilus maritimus, uno de los organismos más abundantes del planeta, que habita en las regiones ricas en oxígeno del océano. Al escanear los genomas microbianos, Benjamin Griffin, investigador en el laboratorio de Metcalf, observó que N. maritimus tenía un gen que produce una enzima, que se parece a otras enzimas implicadas en la biosíntesis del fosfonato. Además, el microbio también contenía los genes para hacer una molécula, llamada HEP, que media en la biosíntesis de fosfonato.

Para determinar si el N. maritimus podía producir un antibiótico de fosfonato, el investigador Robert Cicchillo clonó el gen de la enzima misteriosa, expresado en una bacteria (E. coli), e impulsó la producción de la enzima. Cuando los investigadores agregaron HEP ??a la enzima, la reacción química produjo un compuesto que había sido buscado durante mucho tiempo, que podría explicar el origen del metano en el océano aeróbico.

Los científicos habían estado buscando este compuesto, el metilfosfónico, desde 2008, cuando David Karl, de la Universidad de Hawai, Edward DeLong, del MIT y sus colaboradores, publicaron una hipótesis para explicar la presencia de metano en el océano aeróbico. Los microbios conocidos que producen metano son anaerobios, incapaces de tolerar el oxígeno. Sin embargo, el océano aeróbico está saturado de metano.

Para explicar esta "paradoja del metano", Karl y DeLong indican que muchos microbios marinos aeróbicos son anfitriones de una enzima que puede romper el enlace carbono-fósforo. Si ese enlace se incorpora en una molécula con un solo átomo de carbono, el ácido metilfosfónico, uno de los subproductos de esta escisión sería el metano.

"Hubo un pequeño problema con esta teoría", afirma Van der Donk. "El ácido metilfosfónico nunca se ha detectado en los ecosistemas marinos".

El laboratorio de Van der Donk llevó a cabo más experimentos que demostraran que el N. maritimus estaba sintetizando ácidos fosfónicos. "El análisis químico fue un esfuerzo hercúleo", afirma Metcalf, quien agrega que el microbio mide "una décima parte del tamaño de un microbio estándar de rata de laboratorio, el E. coli, y crece en densidades celulares mucho más bajas".

Los experimentos indicaron que el metilfosfonato se une a otra molécula, probablemente un azúcar unido a la superficie del microbio. Cuando N. maritimus muere, otros microbios marinos rompen el enlace carbono-fósforo del metilfosfonato para engullir el fósforo, un elemento que es poco común en los océanos, pero esencial para la vida. Este proceso genera metano.

Los nuevos hallazgos ayudarán a comprender el cambio climático, señala Metcalf.

Hasta el 4 por ciento del metano de la Tierra proviene de las aguas ricas en oxígeno del océano, pero los científicos no han podido identificar la fuente de este gas de efecto invernadero. Ahora, un equipo de investigadores ha encontrado el origen: una química extraña producida por los microorganismos más abundantes del planeta. El hallazgo ha sido publicado en la revista 'Science'.

   Los investigadores que hicieron el descubrimiento no tenía la intención de explicar la geoquímica océano,  sino buscar nuevos antibióticos. La investigación, financiada por los Institutos Nacionales de Salud, explora una clase inusual de potenciales agentes antibióticos, llamados fosfonatos, ya en uso en la agricultura y la medicina.

Muchos microbios producen fosfonatos contra sus competidores. Los fosfonatos imitan a las moléculas que los microbios utilizan, pero tienden a ser más resistentes a la degradación enzimática. El secreto de su éxito es la durabilidad de su enlace carbono-fósforo.

"Estábamos analizando los antibióticos que tienen este enlace carbono-fósforo", explica William Metcalf, de la Universidad de Illinois, quien dirigió el estudio junto con el profesor Wilfred van der Donk, quien continúa "entonces, encontramos genes en un microbio que pensamos que producirían un antibiótico. Pero no lo hicieron. Produjeron algo totalmente diferente".

El microbio en cuestión fue el Nitrosopumilus maritimus, uno de los organismos más abundantes del planeta, que habita en las regiones ricas en oxígeno del océano. Al escanear los genomas microbianos, Benjamin Griffin, investigador en el laboratorio de Metcalf, observó que N. maritimus tenía un gen que produce una enzima, que se parece a otras enzimas implicadas en la biosíntesis del fosfonato. Además, el microbio también contenía los genes para hacer una molécula, llamada HEP, que media en la biosíntesis de fosfonato.

Para determinar si el N. maritimus podía producir un antibiótico de fosfonato, el investigador Robert Cicchillo clonó el gen de la enzima misteriosa, expresado en una bacteria (E. coli), e impulsó la producción de la enzima. Cuando los investigadores agregaron HEP ??a la enzima, la reacción química produjo un compuesto que había sido buscado durante mucho tiempo, que podría explicar el origen del metano en el océano aeróbico.

Los científicos habían estado buscando este compuesto, el metilfosfónico, desde 2008, cuando David Karl, de la Universidad de Hawai, Edward DeLong, del MIT y sus colaboradores, publicaron una hipótesis para explicar la presencia de metano en el océano aeróbico. Los microbios conocidos que producen metano son anaerobios, incapaces de tolerar el oxígeno. Sin embargo, el océano aeróbico está saturado de metano.

Para explicar esta "paradoja del metano", Karl y DeLong indican que muchos microbios marinos aeróbicos son anfitriones de una enzima que puede romper el enlace carbono-fósforo. Si ese enlace se incorpora en una molécula con un solo átomo de carbono, el ácido metilfosfónico, uno de los subproductos de esta escisión sería el metano.

"Hubo un pequeño problema con esta teoría", afirma Van der Donk. "El ácido metilfosfónico nunca se ha detectado en los ecosistemas marinos".

El laboratorio de Van der Donk llevó a cabo más experimentos que demostraran que el N. maritimus estaba sintetizando ácidos fosfónicos. "El análisis químico fue un esfuerzo hercúleo", afirma Metcalf, quien agrega que el microbio mide "una décima parte del tamaño de un microbio estándar de rata de laboratorio, el E. coli, y crece en densidades celulares mucho más bajas".

Los experimentos indicaron que el metilfosfonato se une a otra molécula, probablemente un azúcar unido a la superficie del microbio. Cuando N. maritimus muere, otros microbios marinos rompen el enlace carbono-fósforo del metilfosfonato para engullir el fósforo, un elemento que es poco común en los océanos, pero esencial para la vida. Este proceso genera metano.

Los nuevos hallazgos ayudarán a comprender el cambio climático, señala Metcalf.

ECOticias.com – ep





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