El agua potable contaminada con arsénico es un gran peligro para la salud, con exposición crónica que causa enfermedades y cánceres. La Organización Mundial de la Salud estima que en Bangladesh, por ejemplo, más de 5 millones de personas estuvieron expuestas a agua potable contaminada con arsénico en 2009. A menudo, los microbios que respiran liberan arsénico en el agua, o respirar, compuestos que contienen arsénico. Los investigadores de Caltech ahora han determinado la estructura de la enzima bacteriana que permite la respiración del arsénico. El trabajo es un paso importante hacia la predicción de las influencias biológicas sobre la movilización de arsénico en el medio ambiente.

El trabajo se realizó en el laboratorio de Dianne Newman, el profesor Gordon M. Binder / Amgen de biología y geobiología, el presidente de liderazgo de Allen V. C. Davis y Lenabelle Davis del Centro de Interacciones Microbianas Ambientales de Caltech, y director ejecutivo de biología molecular. Aparece en un artículo de la edición del 13 de agosto de procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .

Entre los compuestos tóxicos que contienen arsénico que contaminan el agua potable se encuentran los arseniatos. Estos compuestos se encuentran comúnmente asociados con minerales de hierro en ambientes sedimentarios. Ene sta forma, No es probable que los arseniatos se disuelvan en el agua subterránea que fluye a través de estos depósitos geológicos. Cuando las bacterias de estos entornos se quedan sin oxígeno, pueden entrar en un modo anaeróbico y volverse a respirar arseniato. Al hacerlo, los microbios transforman el arseniato en arsenito, un compuesto similar que es mucho más soluble en agua. Muchos tipos diferentes de bacterias tienen esta capacidad, una de las claves es una proteína en particular llamada complejo enzimático Arr.

Un equipo internacional de investigadores dirigido por el ex estudiante graduado de Caltech Nathaniel Glasser (Ph.D. '17) ahora ha determinado la estructura física de la enzima y las ubicaciones moleculares precisas donde interactúa químicamente con el arsenato.

Las proteínas como el complejo Arr son tan pequeñas que no se pueden ver con un microscopio óptico. Por lo tanto, el equipo de Caltech recurrió a una técnica llamada difracción de rayos X para revelar la estructura de la enzima. Descubrir exactamente cómo está estructurada esta enzima es importante para comprender sus funciones específicas, particularmente porque existen proteínas similares que interactúan con los compuestos de arsénico de diferentes maneras. Adicionalmente, Glasser pudo examinar la enzima producida por la bacteria Shewanella (microbios que realmente realizan la respiración de arsenato en el medio ambiente) en lugar de en el organismo comúnmente utilizado en el laboratorio para la expresión de proteínas bacterianas. Escherichia coli (E. coli). Aunque E. colican realiza la respiración de arsenato y expresa el complejo de enzimas Arr, Shewanellacan produce proteínas mucho más activas.

La razón por la que el arsenato es tóxico para los humanos es porque es químicamente similar al fosfato, un compuesto necesario para que las células produzcan ATP, la moneda de energía de la célula. Si hay demasiado arseniato presente, la célula comienza a absorber eso en lugar de fosfato, destruyendo la capacidad de la célula para producir ATP. En este estudio, Glasser y sus colegas midieron la actividad de la enzima Arr en presencia de diferentes niveles de fosfato.

"Al contrario de lo que cabría esperar, El fosfato probablemente estimula la respiración del arseniato en lugar de inhibirla en ambientes sedimentarios típicos en contacto con el agua subterránea. Saber qué tan rápido funciona esta enzima en condiciones ambientalmente relevantes nos acerca un paso más a poder predecir cuántas bacterias pueden estar movilizando arsénico en el agua potable en ciertos lugares. ", dice Newman." Esta investigación no solucionará la crisis en Bangladesh, pero tener un mejor control cuantitativo de lo que está sucediendo es útil para resolver casi cualquier problema, y particularmente importante cuando se aborda un problema ambiental complejo en el que intervienen muchos factores. Este trabajo proporciona información útil sobre una enzima que, hasta donde sabemos, se encuentra en todas las bacterias que respiran arseniato ".

El artículo se titula "El análisis estructural y mecanicista de la reductasa respiratoria del arsenato proporciona información sobre las transformaciones ambientales del arsénico".