Las cianobacterias, también conocidas como algas verdeazuladas, son fundamentales para la existencia de una atmósfera oxigenada en la Tierra. Estos microorganismos realizan la fotosíntesis, generando oxígeno de manera similar a las plantas. Su papel ha sido crucial en la evolución de la vida en nuestro planeta. Sin embargo, su proliferación excesiva en cuerpos de agua representa un desafío medioambiental y sanitario debido a las toxinas que producen.
Un equipo de investigación del Instituto de Biomedicina de Valencia (IBV), perteneciente al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), ha logrado visualizar a nivel casi atómico el complejo mecanismo que permite a las cianobacterias adaptarse a entornos con escasez de nitrógeno biológicamente útil. Este hallazgo abre la puerta a identificar dianas potenciales para controlar su proliferación, y los resultados se han publicado en la revista Nucleic Acids Research.
Un papel esencial en el ciclo del oxígeno
Las cianobacterias no solo transformaron nuestra atmósfera al introducir oxígeno, sino que continúan desempeñando un rol vital en este proceso. Se consideran precursoras de los cloroplastos, los orgánulos responsables de la fotosíntesis en las plantas. Su contribución es esencial para mantener la estabilidad medioambiental y los ciclos globales de oxígeno, nitrógeno y carbono.
No obstante, el aumento de nutrientes como fosfatos y las altas temperaturas pueden desencadenar floraciones masivas de cianobacterias, conocidas como “aguas verdes”. Estas floraciones tienen consecuencias negativas significativas, incluyendo la producción de cianotoxinas que afectan el hígado, los riñones y el sistema nervioso. El consumo de pescado o moluscos contaminados por estas toxinas puede resultar peligroso para la salud humana.
Mecanismos metabólicos bajo estudio
“Es crucial determinar los mecanismos de control metabólico de las cianobacterias”, afirma José Luis Llácer, líder del estudio. “Solo así podremos comprender su papel en el ciclo natural y cómo regulan la expresión genética que influye en su propagación masiva y producción de toxinas”.
El equipo dirigido por Llácer ha estado investigando durante 25 años una nueva familia de enzimas llamada aminoácido quinasa, fundamental para que las cianobacterias se adapten a cambios en la disponibilidad de nitrógeno. Ahora han delineado a escala casi atómica el papel específico de una proteína exclusiva denominada PipX, que regula la expresión genética relacionada con esta adaptación.
Avances significativos en biología estructural
“NtcA es un factor clave que regula prácticamente todos los genes relacionados con el metabolismo del nitrógeno”, explica Alicia Forcada, investigadora postdoctoral del IBV-CSIC y primera autora del trabajo. “La proteína PipX coactiva este mecanismo, permitiendo alcanzar su máxima eficacia y siendo esencial para la supervivencia bajo condiciones severas de escasez”.
Este estudio se llevó a cabo mediante cristalografía de rayos X y modelizaciones estructurales junto con estudios funcionales realizados por un grupo liderado por Asunción Contreras en la Universidad de Alicante. “Este trabajo marca un hito en nuestra comprensión del mecanismo molecular que adapta las cianobacterias a condiciones adversas”, destaca Vicente Rubio, profesor ad honorem del CSIC.
Llácer añade que “NtcA pertenece a una familia presente en casi todas las bacterias y regula su adaptación a diversos estímulos ambientales”. La caracterización detallada proporcionada por este estudio podría guiar futuros diseños de compuestos destinados al control poblacional de cianobacterias, actualmente manejado mediante la eliminación química de fosfatos en sus hábitats acuáticos.
Preguntas sobre la noticia
¿Qué son las cianobacterias y por qué son importantes para la atmósfera de la Tierra?
Las cianobacterias son algas verdeazuladas que realizan la fotosíntesis y producen oxígeno, desempeñando un papel clave en la transformación de la atmósfera terrestre en un entorno oxigenado. Su contribución es fundamental para la evolución de la vida en la Tierra.
¿Cuál es el problema asociado con la proliferación excesiva de cianobacterias?
La proliferación excesiva de cianobacterias puede generar problemas medioambientales y sanitarios debido a las sustancias tóxicas que producen, como las cianotoxinas, que pueden afectar negativamente a la salud humana y animal.
¿Qué descubrimiento ha realizado el equipo del Instituto de Biomedicina de Valencia (IBV)?
El equipo del IBV ha visualizado a nivel casi atómico el mecanismo que permite a las cianobacterias adaptarse a ambientes pobres en nitrógeno, lo que podría ayudar a controlar su proliferación.
¿Cuál es el papel de la proteína PipX en las cianobacterias?
PipX es una proteína exclusiva de las cianobacterias que coactiva el factor de transcripción NtcA, regulando así la expresión de los genes relacionados con el metabolismo del nitrógeno y permitiendo a estos microorganismos sobrevivir en condiciones de escasez de nitrógeno.
¿Cómo se llevó a cabo este estudio sobre las cianobacterias?
El estudio se realizó mediante cristalografía de rayos X, modelización estructural y estudios funcionales en bacterias, lo que permitió detallar el mecanismo molecular detrás de la adaptación de las cianobacterias a la escasez de nitrógeno.
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