Los científicos que estudian la bioquímica de las plantas en el Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU. Han descubierto nuevos detalles sobre las biomoléculas que frenan la producción de petróleo. Los hallazgos sugieren que la desactivación de estos frenos biomoleculares podría impulsar la producción de petróleo a toda velocidad, una posible vía hacia la generación de abundantes biocombustibles y bioproductos derivados de plantas. El estudio aparece en la revista Fisiología de las plantas .

"Es normal que las células vegetales regulen a la baja la producción de aceite cuando las alimentamos con exceso de ácidos grasos, y este estudio confirma nuestra hipótesis sobre cómo lo hacen. Pero también descubrimos que los frenos de la producción de petróleo están parcialmente activados incluso en condiciones normales, que fue una gran sorpresa, "dijo el bioquímico de Brookhaven Lab, John Shanklin, quien dirigió la investigación.

"Sería como conducir un automóvil durante varios años y descubrir un día que un freno de mano que no conocía había estado puesto todo el tiempo. Cuando quita ese freno, el coche tiene mucha más potencia; eso es lo que acabamos de descubrir para la producción de aceite vegetal, " él dijo.

Un delicado equilibrio

La biomolécula central de este estudio es la enzima que determina la tasa de producción de aceite. Esa enzima, conocido como ACCase, es una proteína compuesta de cuatro subunidades, todos los cuales son necesarios para que la enzima funcione. Con las cuatro subunidades en su lugar, la enzima impulsa el primer paso en la síntesis de ácidos grasos, componentes clave de los aceites.

Un trabajo anterior del grupo de Shanklin en 2012 reveló que cuando las células vegetales se alimentaban con un exceso a corto plazo de ácidos grasos (que duraban menos de dos días), un circuito de retroalimentación inhibió esta enzima, por lo que la producción de petróleo se ralentizaría. Siempre que las concentraciones de ácidos grasos cayeran en dos días, la producción de enzimas y aceite volvería a activarse. Pero un exceso de ácidos grasos a largo plazo inhabilitaría permanentemente la enzima. En el momento, Los científicos conocían varias formas de inhibir la enzima, pero ninguna de esas formas podía explicar la inhibición irreversible que estaban observando.

Cuando colegas de la Universidad de Missouri descubrieron una versión inactiva de una de las cuatro subunidades enzimáticas en 2016, Shanklin sospechaba que esta subunidad inactiva podría ser la causa del cierre permanente, al ocupar el lugar de una de las subunidades activas en la enzima. Diseñó este nuevo estudio para probar esa hipótesis.

El miembro del equipo Hui Liu obtuvo plantas en las que los genes que codifican las subunidades inactivas se desactivaron individualmente. Usó esas variantes para criar plantas que tenían combinaciones de subunidades discapacitadas. Si la idea de Shanklin era correcta, las células con subunidades inactivas inhabilitadas tendrían una menor capacidad para apagar la enzima.

"Sospechamos que la desactivación de los genes apagaría el interruptor de apagado para la producción de petróleo, permitiendo que las células vegetales produzcan más aceite, "Explicó Shanklin.

Cuando el miembro del equipo Jan Keereetaweep probó esta idea al alimentar a las células vegetales con exceso de ácidos grasos, eso es exactamente lo que sucedió:las células con combinaciones de genes discapacitados no interrumpieron la producción de petróleo como lo hacían las células con genes normales.

"Hubo un 50 por ciento menos de inhibición de la producción de aceite en las células con genes discapacitados en comparación con las células vegetales de tipo salvaje". "Dijo Shanklin. Ese resultado confirmó que la subunidad inactiva codificada por los genes normales en las plantas de tipo salvaje fue de hecho lo que provocó el cierre permanente de la enzima".

Pero la gran sorpresa llegó cuando Keereetaweep midió la síntesis de ácidos grasos en las células vegetales con subunidades inactivas inhabilitadas sin alimentarlas artificialmente con exceso de ácidos grasos y comparó los resultados con los de las células vegetales de tipo salvaje en las mismas condiciones. En esas condiciones normales, donde no esperaría ver inhibida la producción de petróleo, la enzima que impulsa la producción de aceite fue significativamente más activa en las células vegetales con los genes desactivados que en las células vegetales normales.

"Eso significa que, incluso en condiciones normales, las subunidades inactivas están frenando ACCase, reduciendo su actividad y limitando la producción de petróleo, ", Dijo Shanklin." Desactivar los genes de esas subunidades inactivas es como quitarle los frenos al coche, revelando el verdadero potencial del motor ".

"Este proyecto fue una excelente colaboración entre Keereetaweep, Liu, y Zhiyang Zhai para responder algunas preguntas científicas básicas sobre el metabolismo de las plantas, "Shanklin señaló." Ahora, el conocimiento que generaron puede potencialmente sustentar estrategias para aumentar la acumulación de aceite en especies de plantas cultivadas para aplicaciones como biocombustibles o bioproductos ".