Un descubrimiento fortuito: la fotosíntesis oxigénica es posible con un solo fotosistema
Un grupo de investigación de la LMU, dirigido por el biólogo molecular Dario Leister, está desmontando una creencia arraigada que figuraba en los libros de texto
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Un equipo científico de la LMU ha demostrado por primera vez que la fotosíntesis oxigénica es posible utilizando un solo fotosistema. Sus hallazgos cuestionan uno de los conceptos más fundamentales de la biología y se han publicado recientemente en *Nature Communications*.
Pocos principios biológicos se han mantenido tan firmemente establecidos como la idea de que la fotosíntesis oxigénica requiere dos fotosistemas. Durante más de medio siglo, este concepto se ha considerado una piedra angular de la biología y ha aparecido prácticamente sin cambios en los libros de texto de todo el mundo. Los nuevos hallazgos de la LMU demuestran que este principio tan arraigado no es universalmente válido.
Un dogma central de la biología puesto en tela de juicio
«Cuando se derrumba un paradigma de los libros de texto, no solo cambia un detalle de nuestro conocimiento, sino que remodela de forma fundamental nuestra comprensión de un proceso biológico», afirma el profesor Dario Leister, catedrático de Biología Molecular Vegetal en la LMU e investigador principal del estudio. «Nuestros resultados revelan que la naturaleza es mucho más flexible de lo que creíamos hasta ahora».
La fotosíntesis abastece de oxígeno a la atmósfera terrestre y constituye la base de casi todas las cadenas alimentarias. Las plantas, las algas y las cianobacterias convierten la luz solar en energía química a través de este proceso. Según el modelo predominante, esto requiere la acción coordinada de dos grandes complejos proteicos: el fotosistema II y el fotosistema I. Este concepto se ha considerado un principio fundamental de la biología durante más de medio siglo.
Un descubrimiento por pura casualidad
El grupo de investigación de Dario Leister no buscaba inicialmente una forma alternativa de fotosíntesis. Su objetivo era introducir una versión vegetal del fotosistema I en la cianobacteria Synechocystis. Sin embargo, mediante una combinación de ingeniería genética y evolución adaptativa en laboratorio, produjeron organismos en los que el fotosistema I había desaparecido por completo.
«Nuestro objetivo era lograr algo totalmente diferente», afirma Leister. «Desde luego, no esperábamos obtener organismos capaces de crecer, fijar dióxido de carbono y producir oxígeno sin el fotosistema I».
A pesar de la ausencia del fotosistema I, estas nuevas cepas de cianobacterias evolucionadas llevan a cabo una fotosíntesis oxigénica completa. Su existencia echa por tierra la creencia arraigada de que el fotosistema I es indispensable para la síntesis del agente reductor NADPH.
Una vía alternativa para la conversión de energía
El equipo también identificó el mecanismo que permite a estas bacterias compensar la ausencia del fotosistema. Durante la evolución adaptativa, la cadena de transporte de electrones fotosintética sufrió una reorganización profunda. Un gradiente de protones especialmente pronunciado permite que el complejo NDH-1 funcione a la inversa, generando así NADPH —una función que antes se consideraba exclusiva del fotosistema I—.
Implicaciones que van mucho más allá de la investigación sobre la fotosíntesis
Según Leister, el descubrimiento transforma de manera fundamental nuestra comprensión de cómo pudo haber evolucionado la fotosíntesis oxigénica y demuestra que incluso uno de los procesos mejor estudiados de la biología aún puede deparar profundas sorpresas. Más allá de aportar nuevas perspectivas sobre los orígenes evolutivos de la fotosíntesis oxigénica, los hallazgos plantean cuestiones fundamentales sobre el surgimiento y la adaptabilidad de los sistemas fotosintéticos. A largo plazo, los hallazgos también podrían inspirar nuevas estrategias para diseñar organismos fotosintéticos más eficientes y desarrollar aplicaciones biotecnológicas innovadoras.
«Nuestro trabajo nos recuerda que incluso los conceptos más arraigados de los libros de texto pueden verse refutados por nuevas pruebas experimentales», observa Leister. «Esto es precisamente lo que hace que la investigación fundamental sea tan apasionante».
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