Nueva estrategia para descubrir nuevas proteínas diana para bioingeniería

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Las cianobacterias (Cyanobacteria, gr. κυανός kyanós, “azul”) son un filo del dominio Bacteria que obtiene energía a través de la fotosíntesi. Durante mucho tiempo, estas bacterias fueron designadas como cianófitas (Cyanophyta, literalmente “plantas azules”) o cianofíceas (Cyanophyceae, literalmente “algas azules”), castellanizándose a menudo como algas verdeazuladas. Pero cuando se descubrió la distinción entre célula procariota y eucariota, se constató que éstas eran las únicas “algas” procarióticas, y el término “Cyanobacteria” (que se habían llamado siempre bacterias a los procariotas conocidos) empezó a ganar preferencia. Recientes análisis genéticos han situado a las cianobacterias entre las bacterias gramnegativas.

Cianobacterias Synechococcus dentro de un biorreactor de 7,5 L en el Pacific Northwest National Laboratory. Credit: Courtesy of Aaron Wright

Las cianobacterias son organismos fotoautótrofos equipados para convertir la radiación solar en energía química, generando de este modo equivalentes reductores y ATP para la fijación de CO2 y la biosíntesis de macromoléculas. Este sistema altamente eficiente para la producción de una amplia variedad de compuestos orgánicos hace éstos organismos importantes, por ejemplo, para la tecnología de la producción de biocombustibles (más información aquí).

Pero la bioquímica que hay detrás de la regulación de estos compuestos combustibles no es del todo conocida. Unas reacciones muy comunes y que pueden ser un mecanismo importante que permite a los microorganismos detectar los cambios ambientales e iniciar las respuestas celulares son las reacciones redox (reduccción y oxidación). Estas reacciones pueden ayudar a las células a responder a una situación estresante como es el de ser inducido a la producción de biocombustibles. Los enzimas que las catalizan pueden actuar como interruptor y regular las rutas metabólicas que producen éstos compuestos.

Un grupo de investigadores del Pacific Northwest National Laboratory han desarrollado unas moléculas sondas que se unen covaletemente a las formas reducidas de las cisteínas (Cys) de los enzimas. La sondas pueden revelar puntos claves metabólicos regulados por la oxidación y la reducción de las cadenas laterales de las cisteínas.

 

Estas sondas se utilizaron para identificar proteínas que sufren cambios redox en respuesta a cambios ambientales (limitación de nutrientes o cambios entre luz y oscuridad – situaciones que se producen en un bioreactor). Muchas de las proteínas participan en la generadión de poder reductor, sintesi de macromoléculas y flujo de carbono a través vías metabólicas centrales y pueden estar implicadas en los mecanismos de señalización celular y respuesta. Esto nos permite identidicar posibles objetivos de ingenería metabólica  para redireccionar el carbono hacía la producción de precursores de biocombustibles.

Las imágenes que podéis ver a continuación son obtenidos por microscopio confocal láser de barrido de Synechococcus 7002 etiquetados con las moléculas sonda (IAM-RP y Mal-RP) in vivo. La imagen de la derecha es el resultado de la combinación de las otras. Se puede observar la fluoresciencia natural de las cianobacterias (rojo) y la de las sondas (verde). En el apartado “suppoting information” puedes encontrar información extra, incluso un video (imagen 3D de las células etiquetadas in vivo -rotación-).

Fuentes:

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