En ambientes hostiles como aguas termales, cráteres volcánicos y respiraderos hidrotermales de aguas profundas, inhabitable para la mayoría de las formas de vida, los organismos microscópicos prosperan. ¿Cómo? Todo depende de cómo se envuelven.
Los investigadores de la Universidad de Stanford han identificado una proteína que ayuda a estos organismos a formar una membrana celular protectora ligada a lípidos, una clave para resistir hábitats extremadamente ácidos.
Los científicos sabían que este grupo de microbios, llamados arqueas, estaban rodeados por una membrana hecha de componentes químicos diferentes a los de las bacterias, plantas o animales. Habían planteado la hipótesis de que podría ser lo que proporciona protección en hábitats extremos.El equipo probó directamente esta idea identificando la proteína que crea la estructura de membrana inusual en la especie Sulfolobus acidocaldarius .
Las estructuras de las membranas de algunos organismos se retienen en el registro fósil y pueden servir como fósiles moleculares o biomarcadores, dejando indicios de lo que vivía en el medio ambiente hace mucho tiempo. Encontrar lípidos de membrana preservados, por ejemplo, podría sugerir cuándo un organismo evolucionó ycómo pudo haber sido la circunstancia de su entorno. Ser capaz de mostrar cómo se crea esta membrana protectora podría ayudar a los investigadores a comprender otros fósiles moleculares en el futuro, ofreciendo nuevas pruebas sobre la evolución de la vida en la Tierra. Los resultados aparecieron la semana de diciembre. 3 en Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
"Nuestro modelo es que este organismo desarrolló la capacidad de producir estas membranas porque vive en un ambiente donde la acidez cambia", dijo la coautora Paula Welander, profesora asistente de ciencias del sistema de la Tierra en la Escuela de Energía, Energía y Tierra de StanfordCiencias Ambientales Stanford Earth: "Esta es la primera vez que vinculamos una parte de un lípido con una condición ambiental en arqueas".
Química rara
Las aguas termales donde S. acidocaldarius se encuentra, como los del Parque Nacional de Yellowstone que tienen más de 200 grados Fahrenheit, pueden experimentar una acidez fluctuante. Este organismo también se encuentra en cráteres volcánicos, respiraderos hidrotermales de aguas profundas y otros ambientes ácidos con temperaturas moderadas y frías.
Welander se interesó en estudiar este microbio debido a su química rara, incluidas sus membranas lipídicas inusuales. A diferencia de las plantas y los hongos, los organismos arqueológicos no producen paredes protectoras externas de celulosa y sus membranas no contienen los mismos químicos que las bacterias.exploró cómo la especie produjo su membrana inusual durante aproximadamente 10 años antes de que la experimentación se detuviera en 2006, dijo.
"Creo que olvidamos que algunas cosas simplemente no se han hecho todavía. He estado descubriendo mucho desde que ingresé al mundo de la geobiología", dijo Welander. "Hay tantas preguntas por ahí que tenemossolo necesito el conocimiento básico de, por ejemplo, '¿Cuál es la proteína que está haciendo esto? ¿Esta estructura de membrana realmente hace lo que decimos que hace? "
De una investigación previa en arqueas, Welander y su equipo sabían que los organismos producen una membrana que contiene una molécula anillada llamada callditol. El grupo pensó que esta molécula podría ser la base de la capacidad de la especie para resistir ambientes donde perecen otros organismos.
Para averiguarlo, primero pasaron por el genoma de S. acidocaldarius e identificó tres genes que podrían estar involucrados en la fabricación de un callditol. Luego mutaron esos genes uno por uno, eliminando cualquier proteína que los genes produjeran. Los experimentos revelaron un gen que, cuando mutaba, producía S. acidocaldarius que carecía de calditol en la membrana. Ese organismo mutado fue capaz de crecer a altas temperaturas pero se marchitó en un ambiente altamente ácido, lo que sugiere que la proteína es necesaria para crear la membrana inusual y resistir la acidez.
El trabajo fue particularmente desafiante porque el laboratorio de Welander tuvo que replicar esas condiciones ácidas de alta temperatura en las que los microbios prosperan. La mayoría de las incubadoras en su laboratorio solo podían alcanzar la temperatura corporal, por lo que el autor principal Zhirui Zeng, investigador postdoctoral en el laboratorio de Welander, descubrió cómo imitar la casa del organismo usando un pequeño horno especial, dijo.
"Eso fue realmente genial", dijo Welander. "Hicimos muchos experimentos para tratar de descubrir la química".
Tercer dominio de la vida
Welander dijo que este trabajo es más que solo encontrar una proteína. Su investigación explora los lípidos encontrados en los microbios actuales con el objetivo de comprender la historia de la Tierra, incluidos los antiguos eventos climáticos, las extinciones en masa y las transiciones evolutivas. Pero antes de que los científicos puedan interpretarcaracterísticas evolutivas, necesitan entender los conceptos básicos, como cómo se crean los nuevos lípidos.
Archaea a veces se llama el "tercer dominio de la vida", con un dominio que es bacteria y el otro es un grupo que incluye plantas y animales, conocidos colectivamente como eucariotas. Archaea incluye algunas de las formas de vida más antiguas y abundantes del planeta, sin el cual el ecosistema colapsaría. Las arqueas son microbios particularmente anómalos, confundidos con bacterias un día y comparados con plantas o animales al siguiente debido a sus estructuras moleculares únicas.
La investigación es particularmente interesante porque la clasificación de las arqueas aún es debatida por los taxonomistas. Solo se separaron de los dominios de bacterias y eucariotas en las últimas dos décadas, luego del desarrollo de la secuenciación genética en la década de 1970.
"Hay ciertas cosas sobre las arqueas que son diferentes, como los lípidos", dijo Welander. "Las arqueas son una gran área de investigación ahora porque son este dominio diferente que queremos estudiar y entender, y sonrealmente genial."
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela de Ciencias de la Tierra, Energía y Medio Ambiente de Stanford . Original escrito por Danielle Torrent Tucker. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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