Bacterias del Ártico utilizan una vía de la acetona para capturar dióxido de carbono

Según una información de nature.com, una bacteria hallada en las aguas superficiales del océano Ártico parece utilizar la acetona como parte de una vía de asimilación del carbono que también incorpora dióxido de carbono. El hallazgo identifica una forma inusual de carboxilación en una población marina fotoheterótrofa y sugiere que el proceso podría ayudar al organismo a ampliar su suministro de material para crecer.

La vía se detectó en muestras metagenómicas recogidas durante un estudio del océano Ártico de norte a sur. Los investigadores relacionaron los genes implicados con una población de Gammaproteobacteria, Porticoccus arcticus. El organismo no fue detectado una sola vez: sus secuencias genéticas aparecieron repetidamente en un estudio plurianual basado en ARN ribosómico 16S y, en algunas muestras, representaron hasta el 9 % de la población medida.

Esa presencia recurrente apunta a un papel consolidado de P. arcticus en los ecosistemas marinos del Ártico, más que a una aparición fugaz en las aguas muestreadas. El estudio también examinó metatranscriptomas, que indican qué genes están activos en las comunidades ambientales. En esos datos, los genes de la acetona carboxilasa y varios genes de rodopsinas figuraron entre los genes de P. arcticus con una expresión más elevada en las aguas superficiales pobres en nutrientes del Ártico.

Un uso diferente de la carboxilación

Las carboxilasas son enzimas que ayudan a unir carbono inorgánico, incluido el dióxido de carbono, a otras moléculas. Esta química se asocia ampliamente con los organismos autótrofos, que utilizan el dióxido de carbono para producir compuestos orgánicos. El nuevo trabajo amplía esa visión al presentar pruebas de que una carboxilasa puede participar en la degradación y asimilación de un compuesto orgánico —en este caso, la acetona—.

Por tanto, la vía propuesta no se describe únicamente como una fijación ordinaria del carbono. Combina la degradación de la acetona con la incorporación de dióxido de carbono. Para una bacteria que vive en aguas oligotróficas, donde los nutrientes disponibles son limitados, esa combinación podría proporcionar una forma adicional de generar los componentes moleculares necesarios para sus células. La conclusión del estudio es que la carboxilación de la acetona puede aumentar la capacidad biosintética de las bacterias fotoheterótrofas al complementar el metabolismo del carbono orgánico con carbono inorgánico.

Las pruebas proceden de la distribución y la actividad de los genes, no de una demostración directa en laboratorio de la vía completa. Los metagenomas mostraron que P. arcticus posee la maquinaria genética pertinente, mientras que los metatranscriptomas mostraron que los genes de la acetona carboxilasa están muy activos en el entorno natural examinado. En conjunto, esas observaciones relacionan la vía con la vida de la bacteria en las aguas superficiales del Ártico.

Un genoma simplificado con genes adicionales para detectar la luz

La imagen genómica de P. arcticus aporta otro elemento al hallazgo. En comparación con organismos relacionados de Porticoccus, tiene un genoma más compacto y simplificado. A pesar de ese complemento genómico reducido, conserva un conjunto completo de genes para la carboxilación de la acetona.

Al mismo tiempo, la bacteria ha adquirido múltiples genes de proteorrodopsina mediante transferencia lateral de genes. En el estudio, las proteorrodopsinas forman parte del conjunto genético del organismo asociado a la luz, y la fuerte expresión de los genes de rodopsina en las aguas superficiales los sitúa junto a la carboxilación de la acetona entre sus actividades más destacadas en ese entorno.

Esta combinación es notable porque reúne dos características en una misma población: genes para utilizar rodopsinas vinculadas a la luz y una vía que procesa la acetona mientras incorpora dióxido de carbono al metabolismo. Los hallazgos no establecen que ambos sistemas funcionen como una única secuencia bioquímica, pero su elevada expresión en la misma población del Ártico pone de relieve el perfil metabólico distintivo del organismo.

Por qué importa el registro del Ártico

La detección repetida de P. arcticus en el registro de ARN ribosómico 16S, mantenido durante un largo periodo, refuerza la importancia ecológica del resultado. Una vía hallada únicamente en un fragmento genómico aislado ofrecería pruebas limitadas sobre su importancia en el océano. En este caso, el organismo estuvo presente de forma constante y en ocasiones fue relativamente abundante en las comunidades marinas árticas muestreadas.

Por tanto, el estudio sitúa la carboxilación de la acetona dentro del funcionamiento más amplio del ciclo oceánico del carbono. Las carboxilasas ya ocupan una posición central en la naturaleza porque intervienen en la fijación del dióxido de carbono. Las pruebas de que un fotoheterótrofo marino puede utilizar una de ellas durante la degradación de la acetona añaden otra posible vía por la que el carbono inorgánico entra en el material celular.

Según informó nature.com, el trabajo identifica un módulo metabólico en bacterias del Ártico que podría ayudarlas a prosperar en aguas superficiales oligotróficas. También muestra cómo los estudios genómicos, los datos ambientales sobre la expresión génica y los registros de comunidades a largo plazo pueden revelar conjuntamente una forma inesperada de procesamiento del carbono en el océano.