25.07.2022 - Universität Basel

Se descubre el almacenamiento de CO2 a gran velocidad en las bacterias

El empeoramiento constante de la crisis climática causada por la acumulación de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera hace que la búsqueda de ideas para almacenar el CO2 sea cada vez más importante. El equipo del profesor Ben Engel, del Biozentrum de la Universidad de Basilea, junto con sus colegas de las universidades de Fráncfort y Marburgo, ha descubierto ahora la estructura de una enzima que revela una nueva forma de almacenar el CO2.

La inusual enzima HDCR produce ácido fórmico a partir de hidrógeno gaseoso (H2) y dióxido de carbono (CO2), eliminando así el CO2 del entorno y almacenándolo en la célula. En este proceso, la HDCR transfiere electrones del hidrógeno al CO2. Se trata de la primera enzima conocida que puede utilizar directamente el hidrógeno como fuente de electrones para el almacenamiento de CO2. La enzima HDCR se descubrió en la bacteria Thermoanaerobacter kivui, amante del calor, encontrada originalmente en 1981 en el lago Kivu, en África Central. Vive en entornos con poco oxígeno, como las profundidades marinas. Los equipos de investigación de las universidades de Basilea, Fráncfort (Prof. Volker Müller) y Marburgo (Prof. Jan Schuller) han logrado dilucidar la estructura de la HDCR. Los resultados se han publicado en Nature.

Catalizador de alta velocidad

La enzima HDCR está compuesta por largos filamentos. Esta estructura en forma de hilo actúa como un "nanohilo" conductor de electrones que, evidentemente, es responsable de las tasas de conversión extremadamente eficientes de los dos gases. "Es la estructura de la enzima la que hace posible el almacenamiento de CO2 a alta velocidad", explica el Dr. Ricardo Righetto, uno de los primeros autores del estudio en el Biozentrum de la Universidad de Basilea. Los investigadores descubrieron que esta enzima es más rápida que cualquier catalizador químico conocido hasta ahora que realice esta reacción.

Los científicos aplicaron enfoques complementarios de criomicroscopía electrónica para entender cómo funciona la HDCR. En primer lugar, tomaron imágenes de filamentos purificados en el laboratorio, lo que permitió determinar la estructura atómica de la enzima. Esto hizo visibles los detalles de los filamentos, revelando cómo el "nanohilo" contiene miles de grupos conductores de electrones de átomos de hierro y azufre, que permiten que los electrones pasen eficazmente del hidrógeno al CO2. Los científicos creen que el "nanohilo" también puede almacenar los electrones del hidrógeno cuando una sola burbuja de hidrógeno pasa junto a la bacteria.

A continuación, realizaron una tomografía de secciones celulares congeladas para obtener imágenes de las estructuras nativas del HDCR dentro de las células de T. kivui . Esta técnica de vanguardia reveló que los filamentos se retuercen sobre sí mismos varias veces como un cable metálico. "Nos sorprendió mucho no sólo confirmar la existencia de filamentos HDCR en las células, sino descubrir que forman grandes haces unidos a la membrana", dice Righetto. "Estas superestructuras parecen "portales" circulares en la membrana. Esta disposición podría ser importante para aumentar la eficacia de la enzima para que la bacteria obtenga energía en condiciones tan extremas."

Nueva posibilidad de almacenamiento de CO2

El constante empeoramiento de la crisis climática causada por la creciente acumulación de CO2 en la atmósfera hace imprescindible el desarrollo de nuevas ideas para capturar y almacenar el CO2. "La estructura HDCR nos muestra una nueva forma de almacenar eficazmente el CO2 utilizando el hidrógeno como fuente de energía", afirma el profesor Ben Engel, jefe de grupo del Biozentrum de la Universidad de Basilea. "Esto podría resultar muy útil para futuras aplicaciones biotecnológicas. Al mismo tiempo, nuestro estudio demuestra el valor de la investigación científica fundamental que explora la biología de diversos organismos. La naturaleza está llena de sorpresas sorprendentes".

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Hechos, antecedentes, expedientes
  • dióxido de carbóno
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  • dióxido de carbono líquido
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