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Esta secuencia muestra bajo luz verde y roja células cableadas y privadas de respiraciónde E. Coli manipuladas genéticamente para expresar proteorrodopsina. Prácticamente sólo se mueven bajo luz verde, que es el color donde está centrado el pico de absorción del pigmento. (Vídeo) Foto: Berkeley Lab.

¿Es la clorofila la única vía que ha seguido la vida sobre la Tierra para obtener energía a partir de la luz solar? Parece ser que no. Desde que hace unos años se encontrara proteorrodopsina en varios microorganismos marinos se ha debatido sobre el uso que de este fotopigmento hacen dichos microbios. En un principio sólo se le atribuyó la habilidad de dotar a los microorganismos que lo portan de un cierto sentido de la vista.
Ahora investigadores del departamento de energía del Lawrence Berkeley National Laboratory y de University of California en Berkeley (EEUU) han podido demostrar que cuando la capacidad respiratoria (en este contexto el uso de oxígeno para generar energía por oxidación) de una bacteria se ve dañada entonces el microorganismos equipado con proteorrodopsina cambia al sistema de fotosíntesis para obtener energía de la luz.
Según los investigadores la proteorrodopsina contribuye al balance de energía de la célula pero sólo bajo ciertas circunstancias ambientales que impiden a la bacteria respirar normalmente. La energía suministrada por este pigmento supone una fuente de energía suplementaria de la célula.
Como aplicación de este descubrimiento estaría el desarrollo de nuevas formas de obtención de energía solar alternativas al consumo de combustibles fósiles. Los microbios que obtengan energía de varios procesos podrían ser mejores fuentes de biocombustibles que los microbios que sólo utilicen una.
Este pigmento se descubrió en 2000 en bacterias marinas, esto implicó que tenían fototropismo así como capacidad respiratoria. Se creyó que podría ser el resultado de la adaptación de determinados microbios a las zonas muertas del océano que no tienen suficiente oxígeno como para permitir la vida.
Estudios posteriores demostraron que este pigmento es un bomba de protones activada por luz y capaz de transportar protones (hidrógeno) a través de la membrana celular y crear así un almacenamiento de energía electroquímica. Es similar la la bacteriorrodopsina que es usada por bacterias halófilas como suplemento a las respiración.
Sin embargo los experimentos basados en la exposición a la luz de las bacterias marinas originales fueron inconclusos durante un tiempo.

En un reciente estudio Jarone Pinhassi de la universidad de Kalmar en Suecia mostró que la luz estimulaba el crecimiento de bacterias marinas portadoras del pigmento indicando que la fotosíntesis era un suplemento como fuente de energía.
Para observar la proteorrodopsina en acción y directamente el grupo de investigadores de Berkeley manipuló genéticamente bacterias E. Coli para que expresaran el pigmento.
Para suprimir la respiración privaron de oxígeno a las bacterias con un compuesto tóxico.
Luego hicieron un seguimiento de las bacterias y observaron su respuesta a la luz midiendo el potencial electroquímico de protones a través de la membrana. Este potencial es la fuente de energía que la bactería usa para diferentes funciones como hacer funcionar el flagelo que les permite nadar. Como metáfora piénsese en la membrana como el aislante de un condensador, y que se consigue una diferencia de potencial a cada lado mediante la acción de la luz al bombearse cargas (protones) de un lado a otro gracias al pigmento.
Cuando se les impedía respirar las bacterias nadaban o dejaban de hacerlo en función del color de la luz que incidía sobre ellas. La proteorrodopsina tiene un pico de absorción centrado en el color verde y por eso bajo la luz roja la actividad de la bacteria cesaba al no poder obtener energía de ninguna forma.
Mediante la medida del potencial, usando diferentes concentraciones del tóxico y variando las condiciones de iluminación los investigadores fueron capaces de de cuantificar el acoplamiento entre las corrientes de protones producidas por la respiración y por la luz.
El próximo paso que quieren dar es la optimización del proceso.

Los resultados se publican en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) con el título “Light-powering Escherichia coli with proteorhodopsin”.

Fuente: Berkeley Lab.
Referencia: Max Planck Institute.