Los organismos fotosintéticos, únicos en su capacidad para absorber la luz ambiental y el dióxido de carbono (CO2) del aire para generar energía, son fundamentales en las redes tróficas y esenciales para la vida en la Tierra. Sin embargo, durante años, entender los mecanismos moleculares que rigen el desarrollo celular de estos organismos ha presentado un desafío considerable. Un reciente estudio realizado por el Instituto de Bioquímica Vegetal y Fotosíntesis (IBVF, CSIC-US) en colaboración con la Universidad de Stanford ha revelado cómo la activación de la proteína TOR permite a las células fotosintéticas transmitir señales ambientales relacionadas con la luz y el carbono a los procesos que fomentan su crecimiento. Los hallazgos fueron publicados en la revista Science Advances.
Los seres vivos se encuentran en un constante proceso de adaptación a su entorno, tomando decisiones cruciales sobre su crecimiento, división o detención del mismo. Para ello, las células requieren una serie de señales que les indiquen qué acciones deben llevar a cabo y cuándo hacerlo. Entre las proteínas clave involucradas en este proceso se encuentra la quinasa Target of Rapamycin (TOR), que desempeña un papel esencial en la regulación del crecimiento celular en todos los eucariotas, promoviendo dicho crecimiento únicamente cuando hay nutrientes disponibles.
Mecanismos Moleculares Revelados
A lo largo de los años, diversos estudios han contribuido al entendimiento de cómo los nutrientes regulan la actividad de esta proteína tanto en organismos complejos como unicelulares. No obstante, comprender cómo TOR regula el crecimiento celular en organismos fotosintéticos ha sido complicado debido a sus marcadas diferencias metabólicas respecto a otros seres vivos. Estos organismos son los únicos capaces de utilizar CO2 atmosférico y luz solar como fuentes primarias de carbono y energía, lo que se traduce también en producción de oxígeno (O2) y biomasa celular.
El estudio ha identificado que la dihidroxiacetona fosfato (DHAP), una molécula crucial en la asimilación del CO2, activa la quinasa TOR y promueve el crecimiento celular. Este descubrimiento marca un hito al demostrar por primera vez cómo las células fotosintéticas transmiten señales ambientales relacionadas con luz y carbono hacia los mecanismos que favorecen su crecimiento.
El Rol Esencial de TOR
La proteína TOR actúa como un director de orquesta, coordinando el crecimiento celular, el metabolismo y las respuestas a nutrientes. Esta proteína no solo fomenta el crecimiento mediante la activación de procesos como la síntesis proteica, sino que también inhibe procesos degradativos como la autofagia, donde las células descomponen partes propias para obtener energía. Su descubrimiento en los años 90 fue fundamental para entender los mecanismos que regulan el crecimiento celular y su relación con enfermedades asociadas a desórdenes del mismo, como el cáncer.
A pesar de su importancia, hasta ahora había escasa información sobre cómo funciona esta ruta de señalización TOR en organismos fotosintéticos como microalgas y plantas. “Los análisis evolutivos han mostrado que su regulación puede variar significativamente entre diferentes organismos e incluso entre distintas partes del mismo organismo”, señala Manuel Jesús Mallén Ponce, investigador posdoctoral Juan de la Cierva del IBVF y primer autor del estudio.
Un Futuro Prometedor
El análisis también demostró que la actividad de TOR aumenta durante el día y disminuye drásticamente por la noche, siguiendo así el patrón típico de la fotosíntesis. “Curiosamente, nuestros análisis metabolómicos revelaron que algunos metabolitos, incluido DHAP, muestran un comportamiento similar al patrón diario de actividad de TOR”, añade José Luis Crespo, investigador principal del proyecto.
Este trabajo no solo aporta una nueva perspectiva sobre los mecanismos implicados en la regulación de TOR por parte de procesos fotosintéticos y fijación del CO2, sino que también abre nuevas vías para investigaciones futuras. Comprender este mecanismo podría ser esencial para determinar si es conservado entre otros organismos fotosintéticos, dado su impacto potencial sobre procesos vitales como división celular o adaptación metabólica.
A medida que se avanza en este campo, entender cómo TOR regula estos procesos no solo enriquecerá nuestro conocimiento biológico básico sino que también ofrecerá oportunidades valiosas para investigaciones enfocadas en aplicaciones biotecnológicas, tales como incrementar biomasa vegetal mientras se reducen los niveles atmosféricos de CO2.
CSIC Comunicación – Andalucía y Extremadura
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