Microbios de un manantial logran el récord de enzima tolerante al calor
Biobuscadores de la Universidad de California en Berkeley, y la Facultad de Medicina de la Universidad de Maryland han encontrado un microbio en un manantial de Nevada que se alimenta felizmente de materia vegetal – celulosa – a temperaturas cercanas al punto de ebullición del agua.
De hecho, la enzima que digiere la celulosa en el microbio, conocida como celulasa, es más activa a una temperatura récord de 109 grados Celsius, significativamente por encima de los 100º C del punto de ebullición del agua.
Este microbio, conocido como hipertermófilo, se descubrió en una piscina geotérmica a 95ºC, y es sólo el segundo miembro del antiguo grupo de Arqueas que se sabe que crecen digiriendo celulosa por encima de los 80ºC. Y la celulasa del microbio es la enzima más tolerante al calor encontrada en cualquier microbio que digiera celulosa, incluyendo las bacterias.
“Estas son las arqueas más termofílicas descubiertas que se alimentan de celulosa, y la celulasa más termofílica de cualquier organismo”, dice el coautor Douglas S. Clark, profesor de ingeniería química y biomolecular de la UC Berkeley. “Quedamos sorprendidos de encontrar este ser en nuestra primera muestra”.
Clark y sus colaboradores de la UC Berkeley formaron equipo con colegas, liderados por Frank T. Robb, de la Facultad de Medicina de la Universidad de Maryland (U-Md) en Baltimore, para analizar los microbios sacados de los manantiales termales y otros entornos extremos de todos los Estados Unidos en la búsqueda de nuevas enzimas que puedan usarse en procesos industriales extremos, incluyendo la producción de biocombustibles a partir de fibras vegetales difíciles de digerir. Su equipo estuvo patrocinado por una beca del Instituto de Biociencias de la Energía (EBI), una colaboración público-privada que incluye a la EC Berkeley, en la cual la biociencia y las técnicas biológicas se aplican para ayudar a resolver el desafío de la energía global.
“Nuestra esperanza es que este ejemplo y ejemplos de otros organismos encontrados en entorno extremos – tales como entornos de alta temperatura, muy alcalinos o ácidos o de alta salinidad – puedan proporcionar celulasas que muestren un mejor funcionamiento bajo condiciones que normalmente se encuentran en aplicaciones industriales, incluyendo la producción de biocombustibles”, dice Clark.
Clark, Robb y sus colegas, incluyendo al profesor de la UC Berkeley Harvey W. Blanch y la investigadora de posdoctorado Melinda E. Clark, y el investigador de posdoctorado de la U-Md Joel E. Graham, publicaron sus resultados el martes 5 de julio en la revista online Nature Communications.
Muchos procesos industriales emplean enzimas naturales, algunas de ellas aisladas de organismos que viven en entornos extremos, tales como manantiales termales. La enzima usada en la reacción en cadena de la polimerasa para amplificar el ADN procedía originalmente de un organismo termófilo encontrado en un géiser del Parque Nacional de Yellowstone.
Pero muchas de estas enzimas no están optimizadas para procesos industriales, dice Clark. Por ejemplo, actualmente se usa una enzima fúngica para romper la dura celulosa vegetal en sus azúcares constituyentes, de forma que los azúcares puedan fermentarse mediante levaduras para formar alcohol. Pero la temperatura preferida de la enzima es de unos 50ºC, y no es estable a temperaturas superiores deseables para evitar que otros microbios contaminen la reacción.
De aquí la necesidad de buscar en entornos extremos mejores enzimas, comenta.
“Este descubrimiento es interesante debido a que ayuda a definir el rango de condiciones naturales bajo las que existen los organismos celulolíticos y cómo de predominantes son estos seres en el mundo natural”, dice Clark. “Esto indica que hay una gran cantidad de celulasas potencialmente útiles en lugares en los que aún no hemos mirado”.
Robb y sus colegas recopilaron muestras de agua y sedimentos en Great Boiling Springs a 95ºC cerca de la ciudad de Gerlach en el norte de Nevada y criaron microbios en Miscanthus gigas pulverizadas, una materia prima común en los biocombustibles, para aislar las que podría crecen con fibras vegetales como su única fuente de carbono.
Tras un posterior crecimiento en celulosa microcristalina, los laboratorios de U-Md y UC Berkeley trabajaron juntos para secuenciar la comunidad de microbios supervivientes para obtener un metagenoma, el cual indicó que las tres especies distintas de Arqueas eran capaces de utilizar celulosa como alimento. Usando técnicas genéticas, aislaron los genes específicos implicados en la degradación de celulosa y vincularon la celulasa activa a mayor temperatura, conocida como EBI-244, con la más abundante en las tres Arqueas.
Basándose en la estructura de la enzima, “esto podría representar un nuevo tipo de celulasa o un miembro muy inusual de una familia anteriormente conocida”, comenta Clark.
La enzima es tan estable que trabaja en soluciones calientes que se aproximan a condiciones que podrían usarse para pre-tratar materias primas como el Miscanthus para romper las lignocelulosas y liberar la celulosa. Esto sugiere que las celulasas podrían usarse algún día en la misma vasija de reacción en la que se pre-tratan las materias primas.
La recientemente descubierta celulasa hipertermófila puede en realidad trabajar a temperaturas demasiado altas para algunos procesos, comenta Clark. Recopilando más celulasas hipertermófilas, los ingenieros de proteínas pueden ser capaces de crear una versión de la enzima optimizada para funcionar a temperaturas menores, pero con la robusta estabilidad estructural del microbio natural.
“Incluso podríamos encontrar una celulasa que podría usarse tal cual”, comenta, “pero como mínimo nos dará información para diseñar nuevas celulasas y una mejor comprensión de la diversidad natural”.
http://www.cienciakanija.com/2011/07/06/microbios-de-un-manantial-logran-el-record-de-enzima-tolerante-al-calor/
109 grados , joder con la puta enzima.
Los astrónomos han descubierto un verdadero repertorio de solitarios planetas errantes – desde mundos abrasadores con su superficie fundida a glaciales esferas de hielo.
Y mientras la búsqueda continúa para encontrar el escurridizo “punto azul” (un planeta con aproximadamente las mismas características que la Tierra), las nuevas investigaciones revelan que la vida debería poder sobrevivir en algunos de los muchos y raros exoplanetas que existen.
“Cuando hablamos de un planeta habitable, nos referimos a un mundo donde pueda existir el agua líquida”, comenta Stephen Kane, científico del Instituto de Ciencias Exoplanetarias de la NASA en el Instituto de Tecnología de California en Pasadena. “Un planeta debe estar a la distancia adecuada de su estrella (ni demasiado caliente ni demasiado frío)”. Determinado por el tamaño y la temperatura de la estrella, a este rango de temperatura se conoce frecuentemente como “zona de habitabilidad” de la estrella.
Kane y su colega Dawn Gelino, también del Instituto de Ciencias Exoplanetarias han creado una nueva herramienta llamada “Galería de Zonas de Habitabilidad”. Esta herramienta calcula el tamaño y la distancia de la zona de habitabilidad para cada sistema exoplanetario descubierto y muestra qué exoplanetas orbitan en esta región también llamada “Zona Ricitos de Oro”. Se puede acceder a la La “Galería de Zonas de Habitabilidad” a través de www.hzgallery.org. El estudio y la descripción de la investigación realizada se ha publicado en Astrobiology Journal y está disponible en ArXiv.
Pero no todos los exoplanetas tienen órbitas similares a las de la Tierra que permanecen a distancias relativamente constantes de sus estrellas. Una de las inesperadas revelaciones de la búsqueda planetaria ha sido que muchos planetas viajan en órbitas muy alargadas y excéntricas cuya distancia varía mucho de sus estrellas.
“Planetas como estos podrían permanecer, no todo pero sí algún tiempo, en la zona de habitabilidad”, comenta Kane”. Podrías tener un mundo que se va calentando poco a poco durante breves periodos de tiempo entre largos y fríos inviernos, o puedes tener breves picos de condiciones de calor extremo”.
Aunque este tipo de planetas serían muy diferentes de la Tierra, no tiene por qué impedirles tener la capacidad de albergar vida extraterrestre. “Los científicos han encontrado en la Tierra formas de vida microscópica que pueden sobrevivir a todo tipo de condiciones extremas”, afirma Kane. “Algunos organismos pueden básicamente disminuir su metabolismo a cero con tal de sobrevivir a largos periodos de tiempo en condiciones de frío. También sabemos que otros pueden soportar condiciones de calor muy extremo si disponen de una capa protectora de roca o agua. Incluso se han desarrollado estudios con esporas, bacterias y líquenes terrestres, que muestran su capacidad para sobrevivir en estos nocivos ambientes de la Tierra y en las condiciones extremas del espacio”.
La investigación realizada por Kane y Gelino sugiere que la zona de habitabilidad alrededor de una estrella parece ser mayor de lo que en un principio se pensaba y que los planetas que pudieran ser hostiles para la vida humana serían los lugares perfectos para la supervivencia de extremófilos, como líquenes y bacterias. “La vida evolucionó en la Tierra en una etapa muy temprana de su desarrollo, bajo unas condiciones mucho más nocivas que las actuales”, comenta Kane.
Kane afirma que muchos mundos de los que alberguen vida no tienen por qué ser planetas en realidad, sino que pueden ser lunas de planetas gigantes gaseosos más grandes, como Júpiter en nuestro Sistema Solar. “Hay muchos planetas gigantes ahí fuera y si son como los planetas gigantes del sistema solar es probable que todos tengan lunas”, indica Kane. “Una luna de un planeta que permanece o pasa algo de tiempo en la zona de habitabilidad puede ser habitable por sí misma”.
A modo de ejemplo, Kane mencionaba Titán, la luna más grande de Saturno, la cual, a pesar de su densa atmósfera, está demasiado lejos del Sol y es demasiado fría para albergar vida en su superficie, tal y como la conocemos. “Si movieras Titán más cerca del Sol, tendría una gran cantidad de vapor de agua y unas condiciones muy favorables para albergar vida”.
Kane apunta con rapidez que hay límites sobre lo que los científicos pueden actualmente determinar sobre la habitabilidad de los exoplanetas ya descubiertos. “Es difícil conocer realmente un planeta cuando no tienes ningún dato de su atmósfera”, comenta Kane. Por ejemplo, tanto la Tierra como Venus presentan una atmósfera que genera “efecto invernadero”, pero ese efecto desbocado en Venus lo convierte en el lugar más caliente de nuestro sistema solar. “Sin análogos en nuestro sistema solar, es difícil saber con precisión cómo sería una luna habitable o un planeta con una órbita planetaria excéntrica”.
A pesar de ello, el estudio sugiere que podría haber una gran variedad de habitabilidad en nuestra galaxia – no solo en los planetas similares al nuestro. Kane y Gelino están trabajando intensamente para determinar qué exoplanetas de los ya descubiertos podrían ser candidatos a albergar vida extremófila o lunas habitables. “Se están descubriendo una gran cantidad de planetas gaseosos gigantes con una órbita excéntrica”, afirma Kane. “Posiblemente nos encontremos con sorpresas ahí fuera cuando empecemos a determinar lo que consideramos habitable exactamente”.
http://www.cienciakanija.com/2012/10/01/los-extremofilos-podrian-sobrevivir-en-exoplanetas-con-orbitas-excentricas/
enlace original : http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?release=2012-285&rn=news.xml&rst=3514
Está investigación abre la puerta a la busqueda de vida más alla de la zona de habitalidad normal y expande sus fronteras un poco más alla , algo muy importante si tratamos encontrar vida allí fuera , ya existen más lugares para buscar. Tened en cuenta que la vida siempre se abre camino.
