Nuestra historia comienza a finales de los años 80, con una hoja de papel. En esta hoja, un científico calculó que la conversión del compuesto químico fosfito en fosfato liberaría suficiente energía para producir el portador de energía de la célula: la molécula de ATP. De este modo, un microorganismo podría autoabastecerse de energía. A diferencia de la mayoría de los organismos vivos de nuestro planeta, este organismo no dependería del suministro de energía procedente de la luz o de la descomposición de la materia orgánica.

De hecho, los científicos consiguieron aislar un microorganismo de este tipo del medio ambiente. Su metabolismo energético se basa en la oxidación de fosfito a fosfato, tal y como predecía el cálculo. Pero, ¿cómo funciona exactamente el mecanismo bioquímico? Lamentablemente, la enzima clave necesaria para comprender la bioquímica que subyace al proceso permaneció oculta y, por tanto, el misterio quedó sin resolver durante muchos años. En las tres décadas siguientes, la hoja se quedó en el cajón, el planteamiento de la investigación pasó a un segundo plano. Sin embargo, el científico no podía quitarse la idea de la cabeza.

El científico es Bernhard Schink, profesor del Instituto Limnológico de la Universidad de Constanza. Tres décadas después de que hiciera el cálculo sobre el papel, un descubrimiento inesperado volvió a ponerlo en marcha…

Una depuradora, un hallazgo inesperado y una nueva especie

Lo que llevaba muchos años rondándole por la cabeza se encontró por fin en una depuradora de Konstanz, a pocos kilómetros del laboratorio de Bernhard Schink. Zhuqing Mao, investigador doctoral en biología de Constanza, examinó una muestra de lodo de depuradora y descubrió un segundo microorganismo que también obtiene su energía del fosfito.

Los biólogos de Constanza dirigidos por Bernhard Schink colocaron esta bacteria en un entorno en el que sólo tenía fosfito como fuente de alimento. Y efectivamente, la población bacteriana creció.

Esta bacteria es un organismo autótrofo, como una planta. Sin embargo, no necesita luz como una planta, ya que obtiene su energía de la oxidación del fosfito. Sorprendentemente, la bacteria no sólo es una especie nueva, sino que forma un género de bacterias completamente nuevo.

Miembros del equipo en la foto (de izquierda a derecha): Nicolai Müller, David Schleheck y Bernhard Schink | foto Universidad de Constanza

Rastrear el mecanismo molecular

A partir de ese momento, todo fue muy rápido. Toda una red de investigadores de Constanza se dedicó a desentrañar el misterio, entre ellos Bernhard Schink, Nicolai Müller, David Schleheck, Jennifer Fleming y Olga Mayans. Produjeron un cultivo puro de esta nueva cepa bacteriana, en el que por fin pudieron identificar la enzima clave que desencadena la oxidación del fosfito en fosfato.

El gran avance se produjo con Nicolai Müller y sus experimentos enzimáticos, afirma David Schleheck. Nicolai Müller consiguió demostrar claramente la actividad de la enzima, descubriendo así el mecanismo bioquímico que subyace a la enzima clave. Olga Mayans y Jennifer Fleming crearon un modelo tridimensional de su estructura enzimática y su centro activo para comprender la vía de reacción. Finalmente, todo encajó, la hoja original se convirtió en un montón de artículos, que dieron lugar a una publicación en la revista científica PNAS.

Lo que resultó muy sorprendente fue que, al parecer, durante su oxidación, el fosfito se acopla directamente al precursor portador de energía AMP, con lo que se crea el portador de energía ADP. En una reacción posterior, dos de los ADP generados se convierten en un ATP, del que finalmente vive el organismo, dijo Müller.

Un remanente de hace 2.500 millones de años

El descubrimiento de un nuevo tipo de metabolismo energético es en sí mismo un gran éxito científico. Sin embargo, el equipo de investigadores cree que este tipo de metabolismo no es en absoluto nuevo, sino muy antiguo, incluso ancestral: de hace unos 2.500 millones de años.

Se supone que en los primeros tiempos de la evolución, cuando la Tierra se estaba enfriando, el fósforo aún estaba presente en gran medida en forma parcialmente reducida y sólo más tarde se fue oxidando gradualmente. El metabolismo que hemos descubierto ahora encaja muy bien en la fase temprana de la evolución de los microorganismos, dijo Schink.

El mecanismo bioquímico que utiliza la bacteria para su metabolismo no es, por tanto, nuevo, sino que muy probablemente se conserva desde los tiempos primigenios de nuestro planeta: cuando comenzó la vida en nuestro planeta y los primeros microorganismos tuvieron que alimentarse de compuestos inorgánicos como el fosfito. Así pues, los nuevos hallazgos científicos proporcionan pistas sobre la evolución bioquímica temprana en nuestro planeta. Además, proporcionan la clave de un mecanismo bioquímico que hace posible la vida en lugares muy hostiles, posiblemente incluso en planetas extraterrestres.

Fuentes

University of Konstanz | Zhuqing Mao, Jennifer R. Fleming, et al., AMP-dependent phosphite dehydrogenase, a phosphorylating enzyme in dissimilatory phosphite oxidation. PNAS, November 3, 2023, 120 (45) e2309743120. doi.org/10.1073/pnas.2309743120

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