Fig.1:La relación entre el ciclo de TCA y el piruvato, acetil-CoA, oxaloacetato, oxoglutarato, y se muestra succinil-CoA. Crédito:Universidad de Hokkaido
La investigación multi-ómica sobre Thermosulfidibacter (aislado de un campo hidrotermal en el sur de Okinawa Trough) ha permitido el descubrimiento de posiblemente la forma más primordial del ciclo del ácido tricarboxílico (TCA).
El ciclo de TCA es un mecanismo metabólico clave esencial para la mayoría de los organismos. Se remonta a la aparición del último antepasado común en la Tierra y se considera "una de las primeras líneas de metabolismo" desde el inicio de la evolución química (Fig. 1). Si bien el ciclo de TCA puede existir en varias formas, Hay varios argumentos sobre su composición primordial en el momento en que comenzó la vida en la tierra.
El grupo de investigación ha descubierto que la bacteria termófila Thermosulfidibacter takaii (Fig.2, en lo sucesivo denominado "Thermosulfidibacter") ubicado en una posición basal de la bacteria tiene un nuevo ciclo de TCA, posiblemente la forma más primitiva conocida hasta ahora. Análisis multiómicos, incluyendo un método novedoso en metabolómica, han revelado que Thermosulfidibacter tiene un ciclo de TCA reversible, que puede cambiar de forma flexible la dirección de la reacción en función de las fuentes de carbono disponibles, independientemente de estar en condiciones autótrofas o mixotróficas (Fig. 3). Hasta la fecha, no se ha encontrado ningún otro organismo que exhiba funciones de fijación de carbono (autotrofia) y descarboxilación (heterotrofia) en el ciclo del TCA, utilizando el mismo conjunto de enzimas. Entre los ciclos de TCA, el observado en Thermosulfidibacter es "exótico" debido a su capacidad para revertir convenientemente la dirección de la reacción en respuesta a condiciones ambientales dinámicamente fluctuantes, y se cree que exhibe características de la forma más basal del ciclo de TCA.
Fig.2:Célula de Thermosulfidibacter takaii. Crédito:Universidad de Hokkaido
Aunque la pregunta perpetua, de si las formas de vida iniciales eran autótrofas o heterótrofas, queda por responder (Fig.4), las características del ciclo primordial del TCA reveladas en este estudio sugieren fuertemente la posibilidad del nacimiento de vida mixotrófica que podría variar su metabolismo de manera flexible de acuerdo con la abundancia de carbonos orgánicos e inorgánicos disponibles en la Tierra primordial.
Los resultados fueron publicados en Ciencias el 2 de febrero 2018.
Fig. 3. Representación esquemática del funcionamiento del ciclo (r) TCA de T. takaii en las condiciones de crecimiento quimiolitautotrófico y quimiolitomixotrófico basado en el análisis de isotopólogos de aminoácidos derivados de proteínas utilizando sustratos marcados con 13C. Las células se cultivaron quimiolitoautotróficamente (A). Células cultivadas quimiolitomixotróficamente con succinato (B), acetato (C), y succinato y acetato (D) en presencia de extracto de levadura. Los círculos indican átomos de carbono en el compuesto (el número de posición se lee de izquierda a derecha). Se observó una escisión de citrato independiente de ATP en células cultivadas quimiolitoautotróficamente y quimiolitomixotróficamente con succinato. Las líneas de puntos rojos indican rutas confirmadas por análisis de transcriptoma y proteoma pero no confirmadas por análisis de isotopómeros. Las líneas de puntos azules indican rutas confirmadas por los análisis de transcriptoma y proteoma, pero teóricamente no pueden identificarse por los patrones de isotopómeros. Crédito:Universidad de Hokkaido
Fig. 5:Se representan varias formas del ciclo de TCA conocido y el ciclo de TCA reversible (detectado en Thermosulfidibacter). Crédito:Universidad de Hokkaido
