Las cianobacterias, conocidas como algas verdeazuladas, han sido fundamentales en la creación de una atmósfera respirable en la Tierra. Estos microorganismos, que realizan la fotosíntesis y producen oxígeno al igual que las plantas, jugaron un papel crucial en la evolución de la vida. Sin embargo, su proliferación excesiva en entornos acuáticos se ha convertido en un problema ambiental y de salud pública debido a las toxinas que generan.
Un equipo de investigación del Instituto de Biomedicina de Valencia (IBV), perteneciente al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), ha logrado visualizar a nivel casi atómico el complejo mecanismo que permite a estas bacterias adaptarse a ambientes con escasez de nitrógeno biológicamente útil. Este hallazgo abre la puerta a identificar dianas potenciales para controlar su proliferación, y los resultados se han publicado en la revista Nucleic Acids Research.
Las cianobacterias no solo transformaron nuestra atmósfera en un entorno rico en oxígeno, sino que continúan desempeñando un papel vital en este proceso. Estas bacterias son precursoras de los cloroplastos, los orgánulos responsables de la fotosíntesis en las plantas. Su contribución es esencial para la estabilidad ambiental y los ciclos globales de oxígeno, nitrógeno y carbono. Sin embargo, el aumento de nutrientes como los fosfatos y las altas temperaturas pueden provocar floraciones masivas, conocidas como 'aguas verdes'.
Dichas floraciones tienen efectos adversos significativos, incluyendo la producción de cianotoxinas que afectan el hígado, los riñones y el sistema nervioso humano. Además, el consumo de pescado o moluscos contaminados puede resultar tóxico. José Luis Llácer, investigador del CSIC y líder del estudio, enfatiza: “Es crucial determinar los mecanismos de control metabólico de las cianobacterias para comprender tanto su rol en el ciclo natural como los factores que regulan la expresión genética relacionada con su proliferación y producción tóxica”.
El equipo dirigido por Llácer ha estado investigando durante 25 años una nueva familia de enzimas llamada aminoácido quinasa, fundamental para la adaptación de las cianobacterias ante cambios en la disponibilidad de nitrógeno. En este contexto, han delineado el papel crítico de una proteína exclusiva denominada PipX, que regula la expresión genética necesaria para responder a situaciones de escasez nutricional.
Alicia Forcada, investigadora postdoctoral en el IBV-CSIC y primera autora del trabajo, explica: “NtcA es un factor clave que regula prácticamente todos los genes relacionados con el metabolismo del nitrógeno. Su regulación es gradual y no absoluta”. La proteína PipX actúa como coactivadora dentro de este mecanismo, permitiendo a las cianobacterias maximizar su eficacia adaptativa ante condiciones severas.
Este estudio se llevó a cabo mediante técnicas avanzadas como cristalografía de rayos X y modelización estructural. Vicente Rubio, profesor emérito del CSIC e investigador principal del artículo junto a Llácer, señala que este trabajo representa un hito en la comprensión molecular sobre cómo las cianobacterias se adaptan a entornos con poco nitrógeno.
Llácer resalta que NtcA pertenece a una familia presente en casi todas las bacterias y regula su adaptación a diversos estímulos ambientales. La caracterización detallada proporcionada por esta investigación podría guiar futuros diseños de compuestos destinados a controlar las poblaciones de cianobacterias sin recurrir únicamente a métodos como la eliminación química de nutrientes del agua.