Las algas pueden ser la clave para alimentar a la creciente población del mundo. No se preocupe; nadie lo obligará a comerlas. Pero debido a que son más eficientes que la mayoría de las plantas para absorber dióxido de carbono del aire, las algas podrían transformarseagricultura. Si su eficiencia pudiera transferirse a los cultivos, podríamos cultivar más alimentos en menos tiempo usando menos agua y menos fertilizante nitrogenado.
Nuevo trabajo de un equipo dirigido por Martin Jonikas de Carnegie publicado en Actas de la Academia Nacional de Ciencias revela una proteína que es necesaria para que las algas verdes logren una eficiencia tan notable. El descubrimiento de esta proteína es un primer paso importante para aprovechar el poder de las algas verdes para la agricultura.
Todo comienza con la enzima más abundante del mundo, Rubisco.
Rubisco "fija" o convierte el dióxido de carbono atmosférico en azúcares a base de carbono, como glucosa y sacarosa, en todos los organismos fotosintéticos del planeta. Esta reacción es fundamental para la vida en la Tierra tal como la conocemos, porque casi todosEl carbono que forma los organismos vivos fue en algún momento "fijado" desde la atmósfera por esta enzima. La velocidad de esta reacción limita la velocidad de crecimiento de muchos de nuestros cultivos, y muchos científicos piensan que acelerar esta reacción aumentaría los rendimientos de los cultivos.
Lo curioso de Rubisco es que evolucionó por primera vez en bacterias hace unos 3 mil millones de años, una época en que la atmósfera de la Tierra tenía dióxido de carbono más abundante en comparación con la actualidad. A medida que las bacterias fotosintéticas se hicieron cada vez más pobladas en la Tierra antigua, cambiaron la atmósfera de nuestra atmósferacomposición.
"Rubisco funcionó de manera muy eficiente en el ambiente rico en dióxido de carbono de la antigua Tierra", dijo Jonikas. "Pero eventualmente absorbió la mayor parte del CO2 de la atmósfera, hasta el punto en que el CO2 es un gas traza hoy".
Rubisco es, literalmente, víctima de su propio éxito. El CO2 representa solo alrededor del 0.04 por ciento de las moléculas en la atmósfera actual. En esta baja concentración de CO2, Rubisco trabaja extremadamente lento, lo que limita las tasas de crecimiento de muchos cultivos.
Resulta que las algas han desarrollado una forma de hacer que Rubisco funcione más rápido. Se llama pirenoide. Piense en ello como un turbocompresor para la fijación de carbono.
El pirenoide es un pequeño compartimento dentro de la célula que está lleno de Rubisco y está rodeado por una vaina de almidón. Bajo un microscopio, un pirenoide se ve como una burbuja esférica dentro de la célula. Su trabajo es concentrar dióxido de carbono alrededor de Rubisco para queque Rubisco puede correr más rápido.
Un pirenoide proporciona una ventaja de crecimiento tan tremenda que casi todas las algas en los océanos tienen una. Se cree que aproximadamente un tercio de la fijación de carbono del planeta ocurre en los pirenoides, sin embargo, no sabemos casi nada acerca de cómo se forman estas estructuras a nivel molecularSe necesita tal comprensión molecular antes de que los investigadores puedan intentar diseñar pirenoides en los cultivos, lo que se espera que mejore los rendimientos de los cultivos hasta en un 60 por ciento.
El equipo de investigación se centró en un misterio fundamental de hace décadas: ¿qué causa que Rubisco se agrupe en el núcleo del pirenoide?
Jonikas y su equipo descubrieron que en su alga modelo Chlamydomonas, esta agrupación de Rubisco está mediada por una proteína que llamaron EPYC1 para el componente pirenoide esencial 1. Descubrieron que EPYC1 se unía a Rubisco y lo empaquetaba en la matriz de proteínas que forma elinterior del pirenoide. Además, las proteínas similares a EPYC1 se encuentran en la mayoría de las algas que contienen pirenoides, y no se encuentran en las algas que carecen de estas estructuras.
"Se necesita mucho trabajo adicional para comprender completamente EPYC1 y pirenoides, pero nuestros hallazgos son un primer paso hacia la ingeniería de la eficiencia de captura de carbono de algas en los cultivos", dijo Jonikas.
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Materiales proporcionado por Institución Carnegie para la Ciencia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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