Debajo de la superficie del océano un virus está secuestrando el metabolismo del organismo más abundante de la Tierra. Eso puede ser de interés para aquellos de nosotros arriba que respiramos.

Los científicos de la Universidad de Rice analizaron el papel de las proteínas ferredoxina producidas cuando los fagos alteran la capacidad de Prochlorococcus marinus para almacenar carbono y contrarrestar el efecto de los gases de efecto invernadero que surgen del consumo de combustibles fósiles.

P. marinus es una cianobacteria fotosintética que reside principalmente en los trópicos y subtrópicos, donde se estima que de 10 a 27 (un octillón) de ellos usan la luz solar para producir oxígeno y almacenan colectivamente cuatro gigatoneladas de carbono al año. Parte de este carbono proporciona materias primas críticas para otros organismos marinos.

Pero los fagos no son sus amigos. El virus se fortalece robando la energía que las bacterias producen de la luz. reprogramar el genoma de su víctima para alterar la forma en que transfiere electrones.

P. marinus y su mecanismo de almacenamiento de carbono son sensibles a la temperatura, por lo que vale la pena observar cómo el cambio climático calienta los océanos y extiende su alcance, dijo Ian Campbell, un investigador postdoctoral de Rice y autor principal del estudio en el Revista de química biológica .

"El crecimiento en el rango de este organismo en los océanos podría aumentar el carbono total almacenado por estos microbios, ", dijo." Alternativamente, los virus que infectan a estas bacterias podrían alterar la fijación de carbono y potencialmente evitar que gigatoneladas de carbono salgan del aire anualmente, según una proyección reciente ".

Campbell dijo que el objetivo del estudio era explorar la variedad de formas en que los virus interactúan con sus anfitriones. En el proceso, los investigadores descubrieron que el fago controla el flujo de electrones en el propio anfitrión, recablear el metabolismo de las bacterias. "Cuando el virus infecta, detiene la producción de proteínas bacterianas y la reemplaza con sus propias variantes, ", dijo." Lo comparo con poner un sistema operativo diferente en una computadora ".

Los investigadores utilizaron técnicas de biología sintética para mezclar y combinar proteínas de fagos y cianobacterias para estudiar cómo interactúan. Una parte del estudio dirigido por el bioquímico de Rice, George Phillips, también determinó por primera vez la estructura de una proteína clave de cianófago ferredoxina.

"Un fago normalmente entraba en una célula y mataba todo, "dijo el biólogo sintético de Rice, Jonathan Silberg, el científico principal del estudio y director de Sistemas de la universidad, Programa de Biología Física y Sintética.

"Pero los resultados de Ian sugieren que estos fagos están estableciendo un mecanismo de control complejo, ", dijo." Yo no diría que han zombificado a sus anfitriones, porque permiten que las células continúen haciendo algunas de sus tareas domésticas. Pero también están conectando sus propias ferredoxinas, como cables de alimentación, para ajustar el flujo de electrones ".

En lugar de trabajar directamente con cianófagos y P. marinus, Campbell y su equipo utilizaron herramientas de biología sintética para reprogramar mucho más grande, bacterias Escherichia coli mejor entendidas para expresar genes que imitan las interacciones entre los dos.

"Tomando un fago y una cianobacteria del océano y tratando de estudiar la biología, especialmente el flujo de electrones, sería muy difícil de hacer a través de la bioquímica clásica, ", Dijo Silberg." Ian literalmente tomó socios tanto del fago como del anfitrión, juntarlos codificando su ADN en otro sistema celular, y pudo desarrollar rápidamente algunos resultados interesantes.

"Es una aplicación interesante de la biología sintética para comprender cosas complejas que de otro modo serían difíciles de medir, " él dijo.

Los investigadores sospechan que la proteína que modelaron en E. coli, el fago Prochlorococcus P-SSM2 ferredoxina, no es nada nuevo. "La gente sabía que los fagos codifican diferentes cosas que transfieren electrones, pero no sabían cómo conectar los cables entre el fago y el host, "Dijo Silberg." Tampoco sabían mucho sobre la evolución del fago. La estructura deja en claro que este fago se puede rastrear hasta proteínas ancestrales específicas involucradas en la fotosíntesis ".