Atrazina, un controvertido herbicida introducido en la agricultura en la década de 1950, ha sido prohibido en la Unión Europea pero se usa ampliamente en los Estados Unidos y Australia. En las décadas que la atrazina se ha ido acumulando en los campos agrícolas, algunas bacterias en esos suelos han desarrollado la capacidad de aprovechar este compuesto rico en nitrógeno, metabolizándolo y usándolo para crecer.

Investigadores de la Organización de Investigación Científica e Industrial de la Commonwealth de Australia, o CSIRO, están interesados ​​en aprovechar la capacidad bacteriana para degradar la atrazina con el fin de remediar los entornos contaminados con atrazina. En un nuevo trabajo de investigación publicado en el Revista de química biológica , un equipo de CSIRO y de la Universidad Nacional Australiana describe proteínas previamente desconocidas involucradas en la degradación de la atrazina, y la información que estas pueden brindarnos sobre cómo las bacterias desarrollan nuevas habilidades en respuesta a las sustancias químicas sintetizadas por los humanos. "Las bacterias son realmente buenas en la evolución para poder explotar nuevas fuentes de nutrientes, y lo hacen adaptando la maquinaria celular existente para funciones novedosas, "dijo Colin Scott, el líder del Equipo de Biocatálisis y Biología Sintética en CSIRO, quien supervisó el trabajo.

Convertir la atrazina en una fuente de nitrógeno utilizable es un proceso de varios pasos para las bacterias, involucrando múltiples enzimas. Cada una de estas enzimas había cumplido previamente diferentes funciones en las células bacterianas del mundo antes de la contaminación generalizada por atrazina. En bacterias que degradan la atrazina, los genes que codifican estas enzimas se agrupan en una sección de ADN llamada plásmido, que se puede transmitir fácilmente entre bacterias, dándoles una nueva adaptación lista para usar.

"En un plazo de 10 años desde su descubrimiento original (en la década de 1990), Se encontraron genes de esta vía (en bacterias) en casi todos los continentes excepto en la Antártida, "Dijo Scott. En otras palabras, a medida que el uso de la atrazina se extendió por todo el mundo, también lo hizo la capacidad bacteriana para metabolizarlo.

Mientras que las enzimas involucradas en varios de estos pasos se han descrito detalladamente, la estructura de uno de ellos, llamado AztE, era todavía desconocido. AztE es crucial para convertir un ácido cianúrico, un paso intermedio en el proceso de degradación de la atrazina, en amoníaco.

Lygie Esquirol, un doctorado estudiante en el laboratorio de Scott, lideró el esfuerzo por purificar esta proteína. Cuando el equipo examinó la proteína, encontró algo sorprendente:otro, proteína muy pequeña, cuya existencia no se había predicho a partir de la secuencia del genoma de la bacteria, formando un complejo con AztE. Esta nueva proteína, que el equipo llamó AztG, parecía ser necesario para estabilizar la estructura de AztE.

Juntos, la estructura de AztE y AztG se parecía a un complejo proteico bacteriano diferente:el transamidasoma, que ayuda a producir ARN de transferencia bacteriana. Por lo tanto, Parecía que las proteínas implicadas en las funciones básicas de la célula bacteriana se modificaron para la nueva vía de la atrazina.

"(El transamidasoma) es absolutamente esencial para las bacterias en la forma en que producen sus ARNt, ", Dijo Scott." Fue algo sorprendente que nuestra proteína, que está involucrado en el catabolismo de plaguicidas, era (similar) a este complejo de proteínas que se utiliza en el metabolismo central ".

La promesa de la biología sintética es que los seres humanos pueden combinar genes que codifican diferentes funciones en un organismo de forma creativa. Sin embargo, aunque es relativamente sencillo insertar genes en nuevos contextos, no siempre hay garantía de que una vía recién construida funcione como se esperaba. Por lo tanto, es instructivo examinar vías como la vía de degradación de la atrazina, en el que las bacterias han reutilizado con éxito una serie de genes no relacionados para hacer algo nuevo.

"Este (camino) ha venido de otros lugares y ha sido improvisado, pero debe haber algunas reglas y limitaciones subyacentes sobre cómo hacerlo, ", Dijo Scott." No sabemos por el momento cuáles son las reglas de diseño para vías complejas en términos de su arquitectura genética. Lo que queremos hacer es utilizar la vía del ácido cianúrico como modelo para comprender algunos de esos principios de diseño ".

Las bacterias que degradan la atrazina convierten la atrazina en compuestos nitrogenados que las plantas podrían usar como fertilizante. pero esto plantea sus propios problemas:la escorrentía de nitrógeno al agua provoca la proliferación de algas y la muerte de animales. Por lo tanto, Uno de los problemas clave que los investigadores de CSIRO están tratando de resolver es cómo contener la reacción para que ocurra solo donde y como los humanos la necesitan. Un enfoque es utilizar la aplicación dirigida de enzimas purificadas de estas bacterias, en lugar de las propias bacterias.

"Como tecnología, hemos salido al campo y hemos demostrado que (las enzimas) pueden funcionar, Scott dijo. "El siguiente paso es trabajar con la industria para tratar de implementar algunas de estas soluciones".