A medida que el mundo se vuelve hacia hidrógeno verde y otras fuentes de energía renovableslos científicos han descubierto que archaea – el tercera forma de vida después de las bacterias y los eucariotas, han estado produciendo energía utilizando gas hidrógeno y enzimas “ultramínimas” durante miles de millones de años.
En concreto, el equipo internacional de investigadores descubrió que al menos nueve filos de arqueasun dominio de organismos unicelulares que carecen de estructuras unidas a membranas internas, producen gas hidrógeno utilizando enzimas que se cree que sólo existen en las otras dos formas de vida.
Se dieron cuenta de que las arqueas no sólo tienen las enzimas que utilizan hidrógeno más pequeñas en comparación con las bacterias y eucariotaspero sus enzimas para consumir y producir hidrógeno también son las más complejas caracterizadas hasta ahora.
Pequeñas y poderosas, estas enzimas aparentemente han permitido a las arqueas sobrevivir y prosperar en algunos de los entornos más hostiles de la Tierra, donde se encuentra poco o nada de oxígeno.
“Los humanos sólo recientemente han comenzado a pensar en utilizar el hidrógeno como fuente de energía, pero las arqueas lo han estado haciendo durante mil millones de años”, dice Pok 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 industrialmente”.
El hidrógeno es el elemento más abundante en el Universo y es utilizado globalmente para fabricar fertilizantes y otros productos químicos, tratar metales, procesar alimentos y refinar combustibles.
Pero el futuro del hidrógeno está en el almacenamiento de energía y la fabricación de acero, que podrían producirse sin emisiones. si se utiliza energía renovable para convertir materiales como el agua en gas hidrógeno.
Microorganismos producir y liberar gas hidrógeno (H2) para propósitos completamente diferentes, principalmente para deshacerse del exceso de electrones producido durante fermentaciónun proceso mediante el cual los organismos extraen energía de carbohidratos como los azúcares sin oxígeno.
Enzimas utilizadas para consumir o producir H2 son llamados hidrogenasasy por primera vez fueron examinados exhaustivamente en todo el árbol de la vida. hace solo ocho años. Desde entonces, el número de especies microbianas conocidas se ha disparado, particularmente arqueas, que se esconden en ambientes extremos, como aguas termales, volcanesy respiraderos de aguas profundas.
Sin embargo, la mayoría de las arqueas se conocen sólo a partir de fragmentos de su código genético encontrados en estos entornos, y muchas no han sido cultivadas en el laboratorio porque es muy dificil hacerlo.
Entonces, el microbiólogo de la Universidad de Monash, Chris Greening, y sus colegas buscaron el gen que codifica parte de un tipo de hidrogenasa, la de acción rápida. [FeFe] hidrogenasas, en más de 2.300 grupos de especies de arqueas enumerados en una base de datos global.
Luego encargaron a Google AlfaFold2 con la predicción de la estructura de las enzimas codificadas, y expresó esas enzimas en E. coli bacterias, para comprobar que esos genes eran realmente funcionales y producían hidrogenasas capaces de catalizar reacciones de hidrógeno en su huésped sustituto.
“Nuestro hallazgo nos acerca un paso más a la comprensión de cómo este proceso crucial dio origen a todos los eucariotas, incluidos los humanos”, dijo Leung. dice.
Los eucariotas son organismos cuyas células contienen un núcleo y orgánulos rodeados de membranas, como las mitocondrias y otras fábricas celulares útiles.
Se cree que todos los eucariotas tienen surgió de la unión de una arquea anaeróbica y una bacteria que engulló hace miles de millones de años. Una segunda endosimbiosis, mucho más tardía, dio origen al antepasado de las plantas, los cloroplastos.
Greening, Leung y sus colegas encontraron las instrucciones genéticas para [FeFe] hidrogenasas en nueve filos de arqueas y confirmaron que efectivamente son activos 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 “complejos híbridos notables” para sus necesidades de producción de hidrógeno, fusionando dos tipos de hidrogenasas.
“Estos hallazgos revelan nuevas adaptaciones metabólicas de las arqueas, simplificadas H2 catalizadores del desarrollo biotecnológico y una historia evolutiva sorprendentemente entrelazada entre los dos principales H2-enzimas metabolizadoras”, el equipo escribe en su periódico.
Sin embargo, muchos de los genomas de arqueas catalogados analizados en este estudio están incompletos y quién sabe cuántas especies más quedan por descubrir.
Es más que probable que las arqueas alberguen otras formas ingeniosas de producir energía que aún debemos encontrar.
La investigación ha sido publicada en Celúla.