A medida que el mundo hace la transición hacia el hidrógeno verde y otras fuentes de energía renovables, los científicos han descubierto que las arqueas – La tercera forma de vida. Después de las bacterias y los eucariotas, estos llevan miles de millones de años produciendo energía utilizando gas hidrógeno y enzimas «radicales».
En concreto, el equipo internacional de investigadores descubrió que al menos nueve filos de AntiguoEl hidrógeno, un dominio de los organismos unicelulares que carecen de estructuras unidas a membranas internas, produce gas hidrógeno utilizando enzimas que se cree que están presentes sólo en las otras dos formas de vida.
Se dieron cuenta de que las arqueas no sólo tienen enzimas que utilizan hidrógeno más pequeñas en comparación con las bacterias y EucariotasPero sus enzimas para consumir y producir hidrógeno son también las más complejas hasta el momento.
Estas pequeñas pero poderosas enzimas parecen haber permitido a las arqueas sobrevivir y prosperar en algunos de los ambientes más hostiles de la Tierra, donde hay poco o ningún oxígeno.
«Los humanos sólo recientemente han comenzado a pensar en utilizar hidrógeno como fuente de energía, pero las arqueas lo han estado haciendo durante mil millones de años». Él dice Bok Man Leung, microbiólogo de la Universidad de Monash en Australia, quien codirigió el estudio.
«Los biotecnólogos tienen ahora la oportunidad de inspirarse en estas arqueas para producir hidrógeno de forma sintética».
El hidrógeno es el elemento más abundante en el universo. Utilizado en todo el mundo Para producir fertilizantes y otros productos químicos, procesar minerales, procesar alimentos y refinar combustibles.
Pero el futuro del hidrógeno está en el almacenamiento de energía y la fabricación de acero, que se pueden producir sin emisiones. Si se utiliza energía renovable Para convertir sustancias como el agua en gas hidrógeno.
Microorganismos Producción y liberación de gas hidrógeno (H2) Para propósitos completamente diferentes, principalmente para deshacerse del exceso de electrones producido durante FermentaciónEs un proceso en el que los organismos extraen energía de los carbohidratos como los azúcares sin oxígeno.
Enzimas utilizadas para consumir o producir H2 Llamado hidrogenasay fueron examinados exhaustivamente en todo el árbol de la vida por primera vez Hace sólo ocho años. Desde entonces, el número de especies microbianas conocidas ha aumentado dramáticamente, especialmente arqueas, que se esconden en ambientes extremos, como fuentes termales, volcanes y respiraderos de aguas profundas.
Sin embargo, la mayoría de las arqueas se conocen sólo por partes de su código genético que se encuentran en estos entornos, y muchas no han sido cultivadas en el laboratorio porque es demasiado difícil hacerlo.
Entonces Chris Greening, microbiólogo de la Universidad de Monash, y sus colegas buscaron la parte que codifica el gen de un tipo de hidrogenasa de acción rápida. [FeFe] hidrogenasa, en más de 2.300 grupos de especies de arqueas enumerados en una base de datos global.
Luego encargaron a AlphaFold2 de Google la tarea de predecir la estructura de las enzimas codificadas y expresar esas enzimas en… bacterias coli Las bacterias, para confirmar que estos genes eran realmente funcionales, produjeron hidrogenasas capaces de catalizar reacciones de hidrógeno en su huésped sustituto.
«Nuestros hallazgos nos acercan un paso más a la comprensión de cómo este proceso crucial dio origen a todos los eucariotas, incluidos los humanos». Él dice.
Los eucariotas son organismos vivos cuyas células contienen un núcleo y orgánulos rodeados de membranas, como las mitocondrias y otras fábricas celulares útiles.
Se cree que todos los eucariotas surgieron de la unión de arqueas anaeróbicas con bacterias que las devoraron hace miles de millones de años. La segunda endosimbiosis, mucho más tarde, dio origen al ancestro de las plantas, con los cloroplastos.
Greening, Leung y sus colegas encontraron las instrucciones genéticas para [FeFe] Las hidrogenasas en nueve filos de arqueas confirmaron que efectivamente son activas en esos microorganismos, lo que los convierte en tres de los tres dominios de la vida que utilizan este tipo de enzimas para producir hidrógeno.
Pero a diferencia de las bacterias y los eucariotas, análisis posteriores mostraron que las arqueas ensamblan “exquisitos complejos híbridos” para satisfacer sus necesidades de producción de hidrógeno, fusionando dos tipos de hidrogenasas.
“Estos resultados revelan nuevas adaptaciones metabólicas para las arqueas, simplificando H2 Catalizadores para el desarrollo de la biotecnología y una historia evolutiva sorprendentemente entrelazada entre los dos principales H2Equipo «Enzimas metabólicas» Escribir en su papel.
Sin embargo, muchos de los genomas de arqueas catalogados analizados en este estudio están incompletos y quién sabe cuántas especies más aún quedan por descubrir.
Es probable que las arqueas tengan otras formas ingeniosas de producir energía que aún no hemos descubierto.
La investigación fue publicada en celúla.
