Desde hace tiempo se reconoce que las bacterias son pequeñas potencias, pero ahora los científicos están adquiriendo una comprensión más profunda de cómo capturan el dióxido de carbono, conocimiento que podría revolucionar las soluciones al cambio climático. Investigadores de la Universidad de Liverpool y la Universidad de Newcastle han descifrado el código de los carboxisomas, compartimentos microscópicos dentro de las bacterias que actúan como fábricas en miniatura de captura de carbono.
Su innovador estudio, publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences, revela la intrincada estructura de estas “nanomáquinas” con un detalle sin precedentes. Los carboxisomas son esenciales para el ciclo global del carbono porque concentran y convierten el CO₂ en formas utilizables, lo que permite que muchas bacterias prosperen incluso en entornos donde este gas vital es escaso.
Durante décadas, los científicos han luchado por determinar exactamente cómo una enzima clave dentro de los carboxisomas, llamada anhidrasa carbónica (CsoSCA), se ensambla y funciona dentro de estos compartimentos basados en proteínas.
Utilizando técnicas de vanguardia como la microscopía crioelectrónica (esencialmente tomando “instantáneas” ultra detalladas de moléculas con una resolución casi atómica), el equipo visualizó CsoSCA a partir de una bacteria modelo llamada Halothiobacillus neapolitanus. Descubrieron que la enzima forma una estructura hexagonal inusual (como seis círculos unidos) y está encerrada dentro de la cubierta del carboxisoma a través de interacciones flexibles y no específicas con las proteínas de la cubierta. Este hallazgo cuestionó las suposiciones anteriores sobre cómo se anclaba esta enzima en su lugar.
El estudio también descubrió una conexión sorprendente entre CsoSCA y Rubisco, otra enzima crucial implicada en la fijación de CO₂. Esta interacción sugiere que las bacterias han desarrollado un enfoque de “juego de herramientas” modular para construir estas máquinas de captura de carbono, optimizando su eficiencia al organizar cuidadosamente las enzimas dentro del carboxisoma.
Ingeniería de diseños de la naturaleza para un futuro sostenible
Comprender este intrincado proceso de ensamblaje proporciona un modelo para la bioingeniería y la innovación climática. Imagine aprovechar el poder de estas nanomáquinas naturales para:
- Aumentar el rendimiento de los cultivos: Mejorar la fijación de CO₂ en las plantas, lo que lleva a una mayor producción de cultivos y potencialmente mitiga los problemas de seguridad alimentaria relacionados con el cambio climático.
- Diseñar materiales innovadores: Crear nanomateriales de diseño que actúen como catalizadores altamente eficientes para diversos procesos industriales, reduciendo la dependencia de combustibles fósiles.
- Desarrollar biosensores de próxima generación: Construir biosensores sensibles capaces de detectar y monitorear los niveles de CO₂ en el medio ambiente o dentro de los sistemas biológicos.
Si bien esta investigación proporciona una comprensión fundamental de la organización de los carboxisomas, investigaciones futuras explorarán cómo funcionan estas pequeñas fábricas en las células vivas y optimizarán los carboxisomas sintéticos para aplicaciones en el mundo real.
Combinando técnicas de imagen avanzadas con ingeniería molecular sofisticada, los investigadores pretenden refinar estos modelos y desarrollar capas artificiales capaces de encapsular concentraciones aún mayores de enzimas catalíticas, liberando todo el potencial de la ingeniosa tecnología de captura de carbono de la naturaleza para un futuro más sostenible.
