Las cianobacterias, conocidas como algas verdeazuladas, han sido fundamentales para la creación de una atmósfera rica en oxígeno en nuestro planeta. Estos microorganismos, que realizan la fotosíntesis al igual que las plantas, desempeñaron un papel crucial en la evolución de la vida en la Tierra. Sin embargo, su proliferación excesiva en cuerpos de agua representa un desafío medioambiental y sanitario debido a las toxinas que generan. Un grupo de investigación del Instituto de Biomedicina de Valencia (IBV), perteneciente al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), ha logrado visualizar a nivel casi atómico la compleja maquinaria que permite a estas bacterias adaptarse a entornos con escasez de nitrógeno útil biológicamente. Este avance podría abrir nuevas vías para controlar su proliferación. Los hallazgos se publican en la revista Nucleic Acids Research.
Las cianobacterias fueron pioneras en transformar nuestra atmósfera en un entorno oxigenado y continúan desempeñando un papel esencial en este proceso. Se consideran precursoras de los cloroplastos, las estructuras celulares responsables de la fotosíntesis en las plantas. Su contribución es vital para mantener el equilibrio medioambiental y los ciclos biológicos globales del oxígeno, nitrógeno y carbono. Sin embargo, el aumento de nutrientes como los fosfatos y las altas temperaturas pueden provocar floraciones masivas de estas algas, creando lo que se conoce como 'aguas verdes'.
Mecanismos de control metabólico
Estas floraciones pueden tener graves consecuencias, incluyendo la producción de cianotoxinas que afectan el hígado, los riñones y el sistema nervioso. Además, el consumo de pescado o moluscos contaminados por estas toxinas puede resultar peligroso. “Es fundamental identificar los mecanismos que regulan el metabolismo de las cianobacterias para comprender su rol en el ciclo natural de elementos y cómo se regula la expresión génica que puede llevar a su proliferación descontrolada”, afirma José Luis Llácer, investigador del CSIC y líder del estudio.
El equipo dirigido por Llácer ha estado investigando durante 25 años una nueva familia de enzimas conocida como aminoácido quinasa, esencial para la adaptación de las cianobacterias a variaciones en la disponibilidad de nitrógeno. Recientemente, han delineado a escala casi atómica cómo una proteína exclusiva llamada PipX regula la expresión genética necesaria para responder a condiciones deficientes en nitrógeno. Esta regulación está mediada por un factor conocido como NtcA.
Un avance significativo en biología estructural
“NtcA actúa como un factor de transcripción que regula prácticamente todos los genes relacionados con el metabolismo del nitrógeno y la adaptación a su escasez”, explica Alicia Forcada, investigadora postdoctoral del IBV-CSIC y primera autora del trabajo. “La proteína PipX coactiva este mecanismo permitiendo alcanzar su máxima eficacia, siendo crucial para la supervivencia bajo condiciones severas”, añade Forcada.
Este estudio se llevó a cabo mediante técnicas avanzadas como cristalografía de rayos X y modelización estructural, 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 sobre cómo las cianobacterias se adaptan a entornos con poco nitrógeno e indica que podrían existir reguladores similares a PipX en otros organismos”, señala Vicente Rubio, profesor ad honorem del CSIC e investigador principal del artículo junto a Llácer.
Los investigadores destacan que esta caracterización detallada podría guiar el diseño de compuestos destinados al control poblacional de cianobacterias, actualmente manejado principalmente mediante la eliminación química de fosfatos en sus hábitats acuáticos.
Si (
No(
