Los científicos del Laboratorio Nacional de Energía Renovable NREL del Departamento de Energía han descubierto que una vía metabólica que anteriormente solo se sugería que era funcional en organismos fotosintéticos es en realidad una vía importante y puede permitir la conversión eficiente de dióxido de carbono en compuestos orgánicos.
El descubrimiento arroja nueva luz sobre la compleja red metabólica para la utilización del carbono en las cianobacterias, al tiempo que abre la puerta a mejores formas de producir sustancias químicas a partir de dióxido de carbono o biomasa vegetal, en lugar de derivarlas del petróleo.
El descubrimiento fue dirigido por el científico senior de NREL Jianping Yu y Wei Xiong, miembro postdoctoral del director de NREL. Los hallazgos se publicaron en la edición en línea de Plantas naturales .
El último descubrimiento de NREL siguió a un trabajo reciente con cianobacterias, comúnmente conocidas como algas verde azuladas. Los científicos de NREL diseñaron una cianobacteria, Synechocystis, que es incapaz de almacenar carbono como glucógeno en una cepa que podría metabolizar la xilosa unacomponente de azúcar de la biomasa celulósica, convirtiendo así la xilosa y el dióxido de carbono en piruvato y 2-oxoglutarato, sustancias químicas orgánicas que se pueden utilizar para producir una variedad de bioquímicos y biocombustibles. Mientras prueban esta cepa mutante en múltiples condiciones de crecimiento, los científicosdescubrió, inesperadamente, que excreta grandes cantidades de ácido acético.
"Fue una gran sorpresa", dijo Yu.
El ácido acético es una sustancia química producida en grandes volúmenes para una amplia variedad de propósitos. La industria química produce más de 12 millones de toneladas por año de ácido acético, principalmente a partir de metanol, que a su vez se produce principalmente a partir del gas natural.producir ácido acético a partir de la fotosíntesis podría reducir la dependencia del país del gas natural.
Si bien las aplicaciones potenciales son prometedoras, los investigadores estaban principalmente intrigados por no poder explicar la producción de ácido acético a partir de vías conocidas. Las vías tradicionales que involucran a la piruvato deshidrogenasa no se ajustaban bien a los hechos. Sabían que una enzima llamada fosfocetolasa podríaparticipar, ya que anteriormente se había sugerido que era activo en cianobacterias.
Fue entonces cuando comenzó el verdadero trabajo de detective. A partir de una fosfocetolasa previamente estudiada, los investigadores pudieron identificar el gen slr0453 como la fuente probable de la fosfocetolasa en Synechocystis. Los investigadores se estaban concentrando en su presa.
El siguiente paso en el trabajo de detective fue deshabilitar el gen y ver qué sucedía. Deshabilitarlo tanto en las cepas salvajes como mutantes de Synechocystis ralentizó el crecimiento a la luz del sol, es decir, las condiciones dependientes solo del CO 2 asimilación por fotosíntesis, lo que demuestra que el gen desempeñó un papel en el metabolismo del carbono fotosintético. Las cepas con el gen desactivado no excretaron ácido acético a la luz en presencia de xilosa.
El factor decisivo fue que Synechocystis podía producir ácido acético en la oscuridad cuando se alimentaba con azúcares, pero las cepas con el gen desactivado no podían. Los investigadores encontraron que la vía de la fosfocetolasa era la única responsable de la producción de ácido acético en la oscuridad.y también contribuyó significativamente al metabolismo del carbono a la luz cuando se suministró xilosa.
"Desde el punto de vista de la ciencia básica, esta es una vía importante que tiene una función potencialmente importante en la regulación de la conversión de energía fotosintética", dijo Yu. "No comenzamos con la hipótesis de que había una vía adicional involucrada activamente enmetabolismo del carbono; simplemente seguimos nuestros propios hallazgos e hicimos este descubrimiento ".
Xiong luego cuantificó la contribución de la vía recién descubierta mediante el uso de isótopos de carbono para rastrear cómo la xilosa y el dióxido de carbono se convertían en otras sustancias químicas orgánicas. Los resultados mostraron que la vía de la fosfocetolasa en realidad transportaba una proporción significativa del metabolismo central del carbono.
"Resulta que la vía de la fosfocetolasa es una vía importante en nuestras condiciones experimentales", dijo Yu. "Y debido a que evita la pérdida de carbono asociada con las vías tradicionales, se puede producir una amplia variedad de bioproductos y biocombustibles con esteruta."
"Hay dos aspectos que son importantes en este descubrimiento", dijo Yu. Uno es que se trata de una importante vía metabólica nativa en la cianobacteria cuyo papel no se estudió previamente. En segundo lugar, esta vía es más eficiente que la tradicionalvías, por lo que se puede explotar para aumentar la productividad fotosintética ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Energía Renovable . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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