NeoFronteras

Secuencian genoma de Acaryochloris marina

Área: Genética — viernes, 22 de febrero de 2008

Secuencian el genoma la cianobacteria que posee una clorofila única capaz de aprovechar la parte roja y el infrarrojo cercano del espectro electromagnético.

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Acaryochloris marina. Foto: Arizona State U.

Si algún color que defina la vida sobre la Tierra es precisamente el color verde. Incluso algunos movimientos políticos se designan por ese color. Obviamente se debe a que el mundo natural está poblado y fundamentado en las plantas, que son color verde. Su color se debe a un pigmento llamado clorofila y que responde de distinta manera a los diferentes colores del espectro visible. El espectro que denominamos visible es una estrecha franja o intervalo de longitudes de onda comprendida entre los 400 namometros (luz correspondiente al violeta) y 700 nanometros (luz roja), aunque hay personas que pueden ver un poquito más allá de esta gama.
Las clorofilas tienen típicamente dos picos de absorción de luz, uno entorno al color azul (400-500 nm de longitud de onda), y otro en la zona roja del espectro (600-700 nm); pero reflejan la parte media del espectro correspondiente al color verde (500-600 nm), de ahí que las plantas nos parezcan verdes.
Pero hay unas diez variedades y subtipos de clorofila. Varias clases de estas clorofilas tienen picos de absorción ubicados en regiones distintas del espectro. Esto se debe a que algunos seres han evolucionado en condiciones de iluminación distintas a las normales y han tenido que aprovechar otras regiones del espectro. Así por ejemplo la clorofila a tiene una distribución universal, la clorofila b se da en plantas terrestres y algas verdes y las clorofila c1 y c2 se encuentran en las algas rojas y en los cromoalveolados. De la clorofila d sólo se ha conocido durante decenios una observación aislada y no repetida en un alga roja. Luego se ha encontrado en una cianobacteria (Acaryochloris marina).

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Absorción de la clorofila a y b en función de la longitud de onda. Foto: Wikipedia.

Ahora investigadores de Washington University en St. Louis y de Arizona State University han secuenciado el genoma de Acaryochloris marina, cuya clorofila d es capaz de absorber el infrarrojo cercano, concretamente con un pico centrado en los 710 nm. Una gama en el espectro electromagnética que es invisible al ojo humano, aunque sí lo es para las cámaras digitales* y para películas especiales.
Esta particularidad hace que Acaryochloris marina virtualmente no compita con ninguna otra planta o bacteria por la luz del sol. El análisis genético de esta cianobacteria ha descubierto que su genoma es muy grande para ser una bacteria, estando compuesto por 8,3 millones de bases. De hecho está entre los genomas más grandes de las 55 variedades de cianobacterias conocidas. Además, en lugar de ser un genoma aburrido, es bastante sofisticado. Este organismo es el primer organismo que contiene clorofila d cuyo genoma se haya secuenciado.
Robert Blankenship, uno de los investigadores implicados en el estudio, sostiene que Acaryochloris marina es una bacteria muy rara por usar este tipo de clorofila.
La meta de estos investigadores es ahora encontrar la enzima que produce este cambio estructural de la clorofila d. La síntesis de la clorofila es compleja y requiere de 17 pasos. Algunas de estas transformaciones químicas, necesarias para la síntesis de clorofila d, no se dan en ninguna otra molécula de clorofila.
Gracias a la secuenciación del genoma ya tienen genes candidatos que expresen la enzima encargada de esta transformación y esperan que la inserción del correspondiente gen en otro organismo fotosintético con clorofila a haga que este también sintetice clorofila d.
La importancia de poder alterar plantas para que contengan clorofila d se debe a que de este modo podrían aprovechar parte del espectro electromagnético que ahora no utilizan para así producir más biocombustible a partir de la luz solar o más rendimiento en general. Se especula con una planta de maíz alta cuya parte de arriba contenga clorofila a y la parte inferior clorofila d que aprovecharía el infrarrojo cercano desaprovechado por la parte de arriba. Blankenship sostiene que una planta que incorporase el gen de la clorofila d incrementaría en un 5% su capacidad de captar energía.

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Una especie de ascidia no relacionada con Acaryochloris marina. Las ascidias son una clase de animales pertenecientes al subfilo Urochordata. A diferencia de otros tunicados, que nadan libres formando parte del plancton, éstas permanecen fijas en rocas o conchas.Foto: Antidio Rossi.

Esta idea se basa en cómo Acaryochloris marina se desenvuelve en su habitad natural en el Pacífico Sur, concretamente en la Gran Barrera de Coral. Descubierta hace 11 años, esta bacteria vive en simbiosis con una especie de ascidia. Las ascidias son animales marinos simples con apariencia de esponja que se ancla a las rocas. Acaryochloris marina vive debajo de este animal absorbiendo la parte roja e infrarroja que el cuerpo de la ascidia deja pasar.
Debido a la poca competencia a la que esta sometida esta cianobacteria, su genoma ha experimentado cambios dramáticos, permitiendo su expansión.
La aventura no ha hecho nada más que empezar para estos investigadores, pero ya disponen del genoma de un organismo único capaz de sintetizar un pigmento que ningún otro posee.

Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Resumen en PNAS.

* Para saber si su cámara digital registra el infrarrojo apunte con el mando a distancia de la televisión hacia la cámara. Si ve una luz a través de la pantalla de la misma es que lo registra. Los sensores CCD registran bastante bien el infrarrojo pero los fabricantes suelen colocar un filtro que lo bloquea para desesperación de los amantes de la fotografía infrarroja.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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4 Comentarios

  1. Javier:

    Supongo que esta cianobacteria se convertirá en el siguiente animalito favorito de la NASA. Si puede utilizar un espectro con tan poca energía sería útil para fabricar oxígeno con lamparas que gasten menos energía.

  2. NeoFronteras:

    Está describiendo un imposible termodinámico. Si se emplea poca energía entonces habrá poca producción de oxígeno.
    Pero quizás no ande muy desencaminado. Una clorofila de este tipo permitiría vivir a las plantas de un supuesto planeta que orbitará alrededor de una enana marrón o una enana roja.
    Es curioso pensar algo así, pues nuestras plantas son blancas en el infrarrojo. Si se toma una foto de una escena vegetal así aparecen (efecto wood). Estas hipotéticas plantas extraterrestres serían “negras” o al menos “grises” en el infrarrojo.

  3. Javier:

    Sí, habría que estudiarlo porque la producción de oxígeno es baja y eso requeriría más cianobacterias para producir la misma cantidad de oxígeno. Y eso nos lleva a usar más espacio y a gastar más energía. Aunque quizá lo estemos pensando a la antigua. Quizá pudiera usarse el calor no aprovechado de algún componente de la nave para darles energía. ¿Qué opinas?

  4. NeoFronteras:

    Para que un dispositivo emita en el infrarrojo cercano debe de estar muy muy caliente. Y, a pesar de que el calor es una forma de energía, se necesita un foco frío y otro cálido para producir trabajo.
    Para producir oxígeno en una nave espacial basta utilizar paneles solares o reactores nucleares que hagan la electrolisis del agua.
    Aunque quizás en una base marciana lo más barato fuera algún tipo de algas trasgénicas, quizás incorporando varios pigmentos que aprovechen gran parte del espectro electromagnético, quizás incluyendo éste.

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