Los científicos han estado estudiando las cianobacterias y sus muchas aplicaciones potenciales durante décadas, desde el corte de CO 2 emisiones para crear un sustituto de los plásticos a base de aceite, pero hasta ahora no había una comprensión profunda del ciclo de vida completo y el metabolismo de los compartimentos especializados dentro de estas bacterias comunes.
Nueva investigación de CU Boulder publicada hoy en Avances científicos muestra cómo funcionan estos compartimentos especializados, conocidos como carboxisomas, y cómo se puede medir con precisión su actividad. Los resultados de la investigación podrían conducir a un mayor rendimiento de las plantas, nuevos antibióticos y una mayor eficiencia de producción de combustibles renovables.
"Esta fue una pregunta de 50 años, una cuestión de larga data que la gente nunca podría abordar", dijo Jeffrey Cameron, profesor asistente en el Departamento de Bioquímica y coautor de la nueva investigación.
En su trabajo como investigador postdoctoral, Cameron descubrió cómo se forman los carboxisomas: de adentro hacia afuera. Pero no pudo determinar su función en las células porque luchaban por crecer bajo el microscopio.
Quería responder las preguntas de, ¿cuánto duran los carboxisomas? ¿Cuánto tiempo están activos? ¿Qué les sucede a las células sin carboxisomas?
Entonces, Cameron y sus colegas rastrearon enzimas específicas dentro de los carboxisomas de estas células, etiquetándolas con un marcador fluorescente verde. Luego agregaron productos químicos para frenar la capacidad de la célula de producir nuevos carboxisomas. Los investigadores los rastrearon durante varios días usando vivoimagen celular a medida que pasaban de células madre a células hijas.
Debido a que la capacidad de las células para crecer dependía de su capacidad para fijar el carbono, de esta forma podían rastrear directamente el efecto del carboxisoma en el crecimiento de las células. Los investigadores descubrieron que ajustando la cantidad de CO 2 disponible para las células sin carboxisomas, podrían activar y desactivar su crecimiento, reactivando efectivamente a voluntad desde un estado latente.
Y al filmar miles de células y medirlas todas en la población, descubrieron varias aplicaciones prácticas para la ingeniería.
Alrededor del 5% de estos carboxisomas fueron ultraproductivos y pudieron mantener su tasa de crecimiento durante más de siete generaciones.
"Esto sería como tener el mismo cerebro transmitido por tu tatara, tatara, tatara, tatara abuela que sigue funcionando durante tantas generaciones", dijo Cameron. "Si pudiéramos entender los principios de por qué estos son tanactivo, podríamos mejorar significativamente el crecimiento de las plantas "
Ahora hay un gran impulso para tratar de poner carboxisomas en las plantas para mejorar la fotosíntesis, lo que podría mejorar en gran medida los rendimientos de las plantas, dijo Cameron, también del Instituto de Energía Renovable y Sostenible RASEI en CU Boulder.
Los carboxisomas también tienen potencial para servir como miniorreactores, aumentando el metabolismo de los procesos que crean biocombustibles.
Mientras tanto, las bacterias patógenas, como Salmonella, contienen microcompartimentos similares que les dan una ventaja metabólica en ciertos entornos. Debido a que los humanos no tienen cianobacterias o microcompartimentos bacterianos, es posible desarrollar nuevos antibióticos que se dirijan específicamente a estas estructuras bacterianas, agregó..
"Quiero saber, ¿cómo puedo dilucidar los principios básicos que permitirán a los ingenieros avanzar?", Dijo Cameron.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Colorado en Boulder . Original escrito por Kelsey Simpkins. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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