Un misterio evolutivo que había eludido a los biólogos moleculares durante décadas puede que nunca se hubiera resuelto si no fuera por la pandemia de COVID-19.
"Estar atrapado en casa fue una bendición disfrazada, ya que no había experimentos que se pudieran hacer. Solo teníamos nuestras computadoras y mucho tiempo", dice el profesor Paul Curmi, biólogo estructural y biofísico molecular de UNSW Sydney.
El profesor Curmi se refiere a la investigación publicada este mes en Comunicaciones de la naturaleza que detalla el meticuloso desentraño y reconstrucción de una proteína clave en un organismo fotosintético unicelular llamado criptofito, un tipo de alga que evolucionó hace más de mil millones de años.
Hasta ahora, la forma en que las criptofitas adquirían las proteínas utilizadas para capturar y canalizar la luz solar para que las utilizara la célula hacía que los biólogos moleculares se rascaran la cabeza. Ya sabían que la proteína era parte de una especie de antena que el organismo usaba para convertir la luz solarTambién sabían que la criptofita había heredado algunos componentes de la antena de sus antepasados fotosintéticos: las algas rojas, y antes de eso, las cianobacterias, una de las formas de vida más tempranas en la tierra que son responsables de los estromatolitos.
Pero cómo encajan las estructuras de las proteínas en la propia y novedosa estructura de antena de la criptofita siguió siendo un misterio, hasta que el profesor Curmi, el estudiante de doctorado Harry Rathbone y sus colegas de la Universidad de Queensland y la Universidad de Columbia Británica estudiaron detenidamente las imágenes de microscopio electrónico de laproteína de antena de un organismo progenitor de algas rojas, hecho público por investigadores chinos en marzo de 2020.
Desentrañar el misterio significó que el equipo finalmente pudo contar la historia de cómo esta proteína había permitido a estos antiguos organismos unicelulares prosperar en las condiciones más inhóspitas: metros bajo el agua con muy poca luz solar directa para convertir en energía.
El profesor Curmi dice que las principales implicaciones del trabajo son para la biología evolutiva.
"Proporcionamos un enlace directo entre dos sistemas de antenas muy diferentes y abrimos la puerta para descubrir exactamente cómo un sistema evolucionó a un sistema diferente, donde ambos parecen ser muy eficientes en la captura de luz", dice.
"Las algas fotosintéticas tienen muchos sistemas de antenas diferentes que tienen la propiedad de poder capturar todos los fotones de luz disponibles y transferirlos a una proteína del fotosistema que convierte la energía de la luz en energía química".
Al trabajar para comprender los sistemas de algas, los científicos esperan descubrir los principios físicos fundamentales que subyacen a la exquisita eficiencia fotónica de estos sistemas fotosintéticos. El profesor Curmi dice que algún día pueden tener aplicación en dispositivos ópticos, incluidos los sistemas de energía solar.
COMER PARA DOS
Para apreciar mejor la importancia del descubrimiento de proteínas, es útil comprender el extraño mundo de los organismos unicelulares que llevan el dicho "eres lo que comes" a un nuevo nivel.
Como explica el autor principal del estudio, el estudiante de doctorado Harry Rathbone, cuando un organismo unicelular se traga a otro, puede entrar en una relación de endosimbiosis, donde un organismo vive dentro del otro y los dos se vuelven inseparables.
"A menudo, con las algas, van a buscar algo de almuerzo, otra alga, y deciden no digerirlo. Lo mantendrán para cumplir sus órdenes, esencialmente", dice Rathbone. "Yesos nuevos organismos pueden ser tragados por otros organismos de la misma manera, algo así como una muñeca matryoshka ".
De hecho, esto es probablemente lo que sucedió cuando hace aproximadamente mil quinientos millones de años, una cianobacteria fue tragada por otro organismo unicelular. Las cianobacterias ya tenían una sofisticada antena de proteínas que atrapaba cada fotón de luz. Pero en lugar deAl digerir la cianobacteria, el organismo huésped la despojó de manera efectiva en partes, reteniendo la estructura de la proteína de la antena que el nuevo organismo, las algas rojas, usaba para obtener energía.
Y cuando otro organismo se tragó un alga roja para convertirse en el primer criptofito, fue una historia similar. Excepto que esta vez la antena fue llevada al otro lado de la membrana del organismo huésped y completamente remodelada en nuevas formas de proteínas que eran igualmentetan eficiente para atrapar los fotones de la luz solar.
EVOLUCIÓN
Como explica el profesor Curmi, estos fueron los primeros pequeños pasos hacia la evolución de las plantas modernas y otros organismos fotosintéticos como las algas marinas.
"Al pasar de las cianobacterias que son fotosintéticas, a todo lo demás en el planeta que es fotosintético, algún ancestro antiguo engulló una cianobacteria que luego se convirtió en el cloroplasto de la célula que convierte la luz solar en energía química.
"Y el trato entre los organismos es algo así como, te mantendré a salvo siempre que hagas la fotosíntesis y me des energía".
Uno de los colaboradores de este proyecto, el Dr. Beverley Green, profesor emérita del Departamento de Botánica de la Universidad de Columbia Británica, dice que el profesor Curmi pudo hacer el descubrimiento al abordar el problema desde un ángulo diferente.
"El enfoque novedoso de Paul fue buscar proteínas ancestrales sobre la base de la forma en lugar de la similitud en la secuencia de aminoácidos", dice ella.
"Al buscar en las estructuras 3D de dos complejos de múltiples proteínas de algas rojas segmentos de proteína que se plegaran de la misma manera que la proteína criptofita, pudo encontrar la pieza del rompecabezas que faltaba".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Nueva Gales del Sur . Original escrito por Lachlan Gilbert. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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