La atrazina, un controvertido herbicida introducido en la agricultura en la década de 1950, ha sido prohibido en la Unión Europea, pero se usa ampliamente en los Estados Unidos y Australia. En las décadas en que la atrazina se ha acumulado en los campos agrícolas, algunas bacterias en esos suelos tienenevolucionó la capacidad de aprovechar este compuesto rico en nitrógeno, metabolizándolo y usándolo para crecer.
Investigadores de la Organización de Investigación Científica e Industrial de la Commonwealth de Australia, o CSIRO, están interesados en aprovechar la capacidad bacteriana de degradar la atrazina para remediar los ambientes contaminados con atrazina. En un nuevo artículo de investigación publicado en el Revista de Química Biológica , un equipo de CSIRO y la Universidad Nacional de Australia describe proteínas previamente desconocidas involucradas en la degradación de la atrazina, y las ideas que nos pueden dar sobre cómo las bacterias desarrollan nuevas habilidades en respuesta a los químicos sintetizados por los humanos ". Las bacterias son realmente buenas en la evoluciónpara poder explotar nuevas fuentes de nutrientes, y lo hacen mediante la adaptación de la maquinaria celular existente para funciones novedosas ", dijo Colin Scott, líder del Equipo de Biocatálisis y Biología Sintética en CSIRO, que supervisó el trabajo.
Convertir la atrazina en una fuente de nitrógeno utilizable es un proceso de varios pasos para las bacterias, que involucra múltiples enzimas. Cada una de estas enzimas había cumplido funciones diferentes en las células bacterianas del mundo antes de la contaminación generalizada por atrazina. En las bacterias que degradan la atrazina, los genes que las codificanLas enzimas se agrupan en una sección de ADN llamada plásmido, que se puede pasar fácilmente entre las bacterias, dándoles una nueva adaptación lista para usar.
"Dentro de 10 años desde su descubrimiento original en la década de 1990, se encontraron genes de esta vía en bacterias en casi todos los continentes, excepto en la Antártida", dijo Scott. En otras palabras, como el uso de atrazina se extendió por todo el mundo,también lo hizo la capacidad bacteriana para metabolizarlo.
Si bien las enzimas involucradas en varios de estos pasos se han descrito a fondo, la estructura de uno de ellos, llamada AztE, todavía se desconocía. AztE es crucial para convertir un ácido cianúrico, un paso intermedio en el proceso de degradación de la atrazina.en amoníaco
Lygie Esquirol, estudiante de doctorado en el laboratorio de Scott, dirigió el esfuerzo para purificar esta proteína. Cuando el equipo examinó la proteína, encontró algo sorprendente: otra proteína muy pequeña, cuya existencia no se había predicho a partir del genoma de la bacteriasecuencia, formando un complejo con AztE. Esta nueva proteína, que el equipo llamó AztG, parecía ser necesaria para estabilizar la estructura de AztE.
En conjunto, la estructura de AztE y AztG se parecía a un complejo proteico bacteriano diferente: el transamidasoma, que ayuda a realizar la transferencia bacteriana de ARN. Por lo tanto, parecía que las proteínas involucradas en las funciones básicas de la célula bacteriana se volvieron a unir para el nuevovía de atrazina.
"El transamidasoma es absolutamente esencial para las bacterias en la forma en que producen sus ARNt", dijo Scott. "Fue algo sorprendente que nuestra proteína, que está involucrada en el catabolismo de pesticidas, fuera similar a este complejo proteico que esutilizado en el metabolismo central "
La promesa de la biología sintética es que los humanos pueden combinar genes que codifican diferentes funciones en un organismo de manera creativa. Sin embargo, aunque es relativamente simple insertar genes en nuevos contextos, no siempre hay una garantía de que una vía recién construida funcione comoPor lo tanto, es instructivo examinar vías como la vía de degradación de atrazina, en la que las bacterias han reutilizado con éxito una serie de genes no relacionados para hacer algo nuevo.
"Este camino ha venido de otros lugares y ha sido improvisado, pero debe haber algunas reglas y restricciones subyacentes sobre cómo hacerlo", dijo Scott. "No sabemos por el momento cuáles son las reglas de diseñopara vías complejas en términos de su arquitectura genética. Lo que queremos hacer es utilizar la vía del ácido cianúrico como modelo para comprender algunos de esos principios de diseño ".
Las bacterias que degradan la atrazina convierten la atrazina en compuestos nitrogenados que las plantas podrían usar como fertilizante, pero esto plantea sus propios problemas: la escorrentía de nitrógeno en el agua causa la proliferación de algas y la muerte de los animales. Por lo tanto, este es uno de los problemas clave que los investigadores de CSIROLo que intentamos resolver es cómo contener la reacción para que ocurra solo donde y cómo la necesitan los humanos. Un enfoque es utilizar la aplicación dirigida de enzimas purificadas de estas bacterias, en lugar de las bacterias en sí.
"Como tecnología, hemos salido al campo y comprobado que las enzimas pueden funcionar", dijo Scott. "El siguiente paso es trabajar con la industria para tratar de implementar algunas de estas soluciones".
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Materiales proporcionados por Sociedad Americana de Bioquímica y Biología Molecular . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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