Resumen (17 de Julio de 2005) ¿Cómo se adaptaron las moléculas esenciales para la vida, tales como las proteínas, para funcionar en ambientes extremos? Las proteínas que pueden ayudar a responder esta pregunta han sido aisladas a partir de microorganismos halofílicos (tolerantes a altas concentraciones de sal) del Mar Muerto. ¿Así, qué está viviendo en el Mar Muerto?





Basado en un reporte del Instituto Weizmann de Ciencias

Resúmen sobre la vida en los Extremos • el más caliente: 235 F (113 C) Pyrolobus fumarii (Isla del Volcán, Italia) • el más frío: 5 F (-15 C) Cryptoendoliths (Antártida) • la radiación más elevada: (5 MRad, or 5000x lo que mata humanos) Deinococcus radiodurans • mayor profundidad: 3.2 km bajo la tierra • ácido: pH 0.0 (la mayor parte de la vida está en un factor de al menos 100,000 veces menos ácido) pH 5-8 • base: pH ~13(la mayor parte de la vida está en un factor de al menos 1000 veces menos base) pH 5-8 • mayor tiempo en el espacio: 6 años Bacillus subtilis (satélite de la NASA) • presión alta (1200 veces la presión atmosférica) • más salado: 30% sal, or 9 veces la salinidad de la sangre humana. Haloarcula • más pequeño: <0.1 micron o 500 pies a lo largo del ancho de un cabello humano (picoplankton) Crédito: USGS

Durante años, una cantidad de científicos del Instituto Weizmann ha tratado la cuestión de cómo moléculas esenciales para la vida, tales como las proteínas, se adaptaron para funcionar en ambientes extremos. Las proteínas que investigaron fueron aisladas a partir de microorganismos halofílicos (amantes de la sal) del Mar Muerto.

Después de determinar las estructuras tridimensionales de varias proteínas halofílicas, los investigadores pudieron explicar cómo estas proteínas no solamente se las arreglan con altas salinidades, sino que además son realmente “adictas” a ellas. Sin embargo, el alga Dunaliella salina es un organismo de trazado diferente: puede crecer en cualquier salinidad, desde los extremos del Mar Muerto hasta casi en el agua fresca.

La Dunaliella, únicamente tolerante a la sal, que es cultivada comercialmente como una fuente natural de beta caroteno, ha sido investigada en el Instituto Weizmann por más de 30 años. Todavía, los secretos de su excepcionalmente exitosa adaptación a la sal permanecen sin resolver.

En una reciente monografía publicada en los Proceedings de la Academia Nacional de Ciencias, Estados Unidos (PNAS), los científicos del Instituto, la Prof. Ada Zamir y el Dr. Lakshmanane Premkumar del Departamento de Química Biológica del Instituto y el Prof. Joel Sussman y el Dr. Harry Greenblatt del Departamento de Biología Estructural revelaron la estructura básica de una enzima Dunaliella extraordinariamente tolerante a la sal, una anhidrasa carbónica, que puede tener la clave.

Las comparaciones con conocidas anhidrasas carbónicas de fuentes animales demostraron que la enzima Dunaliella comparte un plan básico con sus parientes distantes, pero con unas pocas obvias diferencias. La más llamativa de estas se encuentra en la carga eléctrica de las superficies de las proteínas:

Las cargas en las enzimas tolerantes a la sal son uniformemente negativas (aunque no tan intensamente negativas como aquellas en las proteínas halofílicas), mientras que la superficie de las anhidrasas carbónicas que no toleran la sal ostentan una mezcla negativa/positiva/neutra. Esta y otras características estructurales únicas pueden permitirle a la anhidrasa carbónica algal estar activa en presencia de sal, aunque no dependiendo de esta.

En un giro sorpresivo, los investigadores descubrieron que otra conocida anhidrasa carbónica –encontrada en el riñón de un ratón- ostentaba una construcción similar tolerante a la sal.

Considerando por qué una estructura que confiere tolerancia a la sal debería desarrollarse una vez en un organismo en el Mar Muerto y otra en un ratón ha llevado a los científicos a nuevos entendimientos dentro de la fisiología del riñón. Los investigadores esperan que el conocimiento inferido a partir de su estudio de una pequeña alga pueda proporcionar las bases para diseñar nuevas drogas que puedan apuntar a las enzimas basadas en su tolerancia a la sal.