Una bacteria capaz de sobrevivir en el arsénico, nada más…

Después de masticar un poco más la noticia, la rueda de prensa la vi a medias por problemas técnicos, y a pesar de que la noticia estuvo dos horas antes de dicha rueda de prensa, esperé antes de escribir nada y sacar conclusiones precipitadas. Ahora que tengo el artículo en mis manos estoy apto para poder comentar más o menos lo que tenía que ser ese gran golpe de la astrobiología.
De primeras quiero recomendar la lectura del artículo escrito por Dani Martínez (gran compañero por cierto) sobre lo acontecido ayer en la tarde, en él podréis encontrar comentarios y consideraciones de los invitados a la rueda de prensa, lo podéis leer aquí.
En segundo lugar, y ya con el artículo en las manos, veo que realmente NO hay para tanto. Evidentemente dudaba de todo lo que se había comentado sobre el posible descubrimiento de vida en Titán…pero tenía la ligera esperanza, y no me parecía tan descabellado, encontrar un metabolismo en que el asénico hubiese substituido al fósforo. Teniendo en cuenta que son elementos realmente similares, y contiguos en la tabla periódica. Además el arseniato tiene la misma versatilidad a la hora de formar enlaces que el fosfato…Otra cosa hubiese sido explicar cómo se habría llegado hasta ahí.
No obstante el artículo que ha llegado de las manos de Science es, sin duda, un artículo que hay que coger con pinzas. En parte entiendo la postura de los autores, intentan evitar que nadie les pise algo que podría tener cierto impacto, pero a veces las prisas hacen que se saquen conclusiones precipitadas o no se corroboren bien las cosas y diría que es lo que ha pasado aquí.
Concretamente lo que han hecho ha sido buscar en un lago de California, con concentraciones considerables de arsénico, microorganismos que fuesen capaces de sobrevivir en él sin demasiado problema. La “víctima” es una bacteria bastante común, GFAJ-1, que pertenece a un grupo bastante conocido de proteobacterias, y en este grupo el abanico y las rarezas metabólicas están al orden del día. Después de diversos lavados han eliminado “todo” el fosfato del medio y la han cultivado en ausencia de fosfato y en presencia de arsénico, alcanzando unos niveles de crecimiento del 60% con respecto a cuando crece en presencia de fosfato.
Lo que hace diferente este artículo de los demás que muestran particularidades metabólicas es que los autores han llegado a sugerir que el arsénico sustituye de forma casi completa el fósforo de los componentes celulares, y aquí es donde Science ha sido muy, pero que muy flexible, al no pedir un mayor número de resultados y pruebas empíricas para justificar sus hipótesis, y más cuando los resultados de la espectroscopia de masas no han sido concluyentes.
Como humilde casi biólogo puedo decir que sólo nos queda esperar un tiempo, no alzar las campanas al vuelo, y esperar nuevos resultados o una posible retracción por parte de los autores, el tiempo lo dirá…
Si queréis dar un vistazo al artículo: http://www.sciencemag.org/content/early/2010/12/01/science.1197258.abstract
Por mi parte poco más, una muestra más de la plasticidad y promiscuidad de la bioquímica que ha permitido lidiar con los cambios del entorno durante años de evolución hasta llegar al momento en que nos encontramos ahora. ¿Qué pensáis vosotros de todo esto?

Paradoja del enzima Citocromo oxidasa

La citocromo C-oxidasa es un enzima que cataliza la transferencia de electrones al oxigeno para dar agua, constituye lo que se conoce como complejo 4 de la cadena de transporte electrónico y está presente en todos los organismos aerobios (es decir que utilizan el oxígeno como aceptor de electrones), esta proteína está conservada en los tres dominios de la vida, y por tanto estaba presente en el ancestro común.

Aquí es donde las cosas empiezan a no cuadrar. Se supone que la atmósfera que hoy en día conocemos, con la concentración de oxígeno en una proporción del 21%, se produjo con la aparición de los organismos de tipo fotosintéticos, y más concretamente con la capacidad de realizar la fotosíntesis oxigénica, como es el caso de las actuales cianobacterias. Por tanto ¿Cómo explicar la existencia de una proteína destinada a ceder electrones en un mundo en que las concentraciones de oxígeno eran irrisorias?

Parece ser que la citocromo oxidasa derivaría de una óxido nítrico reductasa en  la que hubo un cambio de especificidad por el oxígeno. Al combinar la información filogenética con la información estructural de los residuos catalíticos, así como la reconstrucción de la Tierra Primitiva las óxido nítrico reductasas serían uno de los enzimas más abundantes en el metabolismo de la Tierra primitiva en que los electrones de compuestos arseniato, sulfato o el hidrógeno serían abundantes.

Por tanto el paso de una NO-reductasa a una citocromo oxidasa se dio en un mundo sin presencia de oxígeno. No obstante esta afirmación no es del todo cierta ya que en el océano las capas superficiales del agua sí que tendrían una cierta concentración de oxígeno a causa de la fotólisis del agua, recordemos que la atmósfera no era tampoco como en la actualidad y dejaba pasar longitudes de onda de alta energía que podrían provocar esta fotólisis sin acción de ningún enzima. Parece ser que algunos organismos aprovecharon la NO-reductasa con afinidad al oxígeno como un elemento protector frente a él, además esta hipótesis es en parte muy interesante porque la adquisición de esta nueva función es la que ha permitido la aparición posterior de organismos que producen oxígeno como producto del metabolismo, sería absurdo pensar en la aparición de un organismo que produjese una sustancia que fuese tóxica para él mismo sin antes poseer ningún tipo de protección.

Finalmente cuando el oxígeno comenzó a ser abundante pasó a ser un aceptor final de electrones. Este es un claro ejemplo de cómo pequeños cambios a nivel molecular pueden dan lugar a grandes cambios a nivel evolutivo  un ejemplo también de cómo los modelos evolutivos han de adaptarse a lo que se conoce sobre la historia geológica ya que sería absurdo, por ejemplo, hopotetizar la aparición de organismos aerobios en una tierra primitiva que con toda certeza tenía concentraciones de oxígeno realmente bajas.

Más información en:

Ducluzeau, Anne Lise, van Lis, Robert, Duval, Simon, Schoepp-Cothenet, Barbara, Russell, Michael J., and Nitschke, Wolfgang., 2009. Was nitric oxide the first deep electron sink? 34: 9 – 15

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