Charles Darwin sospechaba algo en el "agua azul clara" del océano que era incluso más pequeño que los protozoos que podía ver bajo el microscopio. "Hoy sabemos que cada litro de agua del océano está plagado de cientos de millones de microorganismos, "explica el investigador marino Rudolf Amann, Director del Instituto Max Planck de Microbiología Marina de Bremen. Su colega Tobias Erb, del instituto hermano de microbiología terrestre de Marburgo, añade:"Aunque sólo tiene un tamaño de micrómetros, los microorganismos con su gran número y alta tasa de metabolismo tienen un fuerte impacto en el flujo de energía y el recambio de biomasa en los océanos ".

Mientras que las algas unicelulares, también conocido como fitoplancton, convertir CO ₂ en biomasa, otros microorganismos entran en acción cuando las algas excretan el carbono fijo, ya sea durante su vida, o cuando mueren, a veces en masa, como después de la llamada floración de algas. Incluso en aguas superficiales, Los organismos unicelulares procesan muchos miles de toneladas de biomasa de algas:un proceso central en el ciclo de vida marino. Uno de los compuestos más importantes del océano es el ácido glicólico, un subproducto directo de la fotosíntesis que se convierte parcialmente de nuevo en CO ₂ por bacterias marinas. Pero aquí, la imagen se vuelve borrosa:hasta ahora se desconocía el destino exacto del carbono en el ácido glicólico.

Para llegar a obtener una evaluación útil del ciclo global del carbono, sin embargo, la ecuación no debe tener demasiadas incógnitas. Como sabemos hoy demasiado CO ₂ influye en la vida en el océano. Aumento de las concentraciones de CO ₂ en el agua de mar acidifican los océanos, perturban el equilibrio entre el fitoplancton y los microorganismos y, en última instancia, influyen en el clima global. Para comprender las consecuencias del cambio climático a escala mundial, Es indispensable un conocimiento preciso de la degradación bacteriana de la biomasa de algas. Para esto, sin embargo, necesitamos conocimientos básicos precisos de la ubicación, tasa y extensión de las redes de nutrientes en el océano. Entonces, ¿cuál es exactamente el destino del carbono del ácido glicólico? ¿Qué significa globalmente cantidades de sustancias en el rango de mil millones de toneladas por año?

El camino olvidado

Los investigadores no siempre tienen que empezar de cero; a veces, ya se conocen piezas de rompecabezas, solo tienen que ser reconocidos y colocados correctamente. Una de esas piezas es el ciclo del β-hidroxi-aspartato. Fue descubierto hace más de 50 años en la bacteria del suelo Paracoccus. En ese tiempo, la vía metabólica recibió poca atención y sus procesos bioquímicos exactos permanecieron sin explorar. Dr. Lennart Schada von Borzyskowski, primer autor de la corriente Naturaleza publicación, becario postdoctoral en el departamento de Tobias Erb en el Instituto Max Planck de Microbiología Terrestre en Marburg, descubrió esta vía metabólica en el curso de una investigación bibliográfica. "Al observar esta vía metabólica, Noté que debería ser más eficiente que el proceso previamente asumido para la degradación del ácido glicólico, y me pregunté si podría ser más importante de lo que se suponía originalmente, "informa el científico.

Equipado con una sola secuencia de genes, se encontró con un grupo de cuatro genes en bases de datos que proporcionaban las instrucciones de construcción para cuatro enzimas. En combinación, tres de las enzimas fueron suficientes para procesar un compuesto derivado del ácido glicólico. Pero, ¿de qué era responsable la cuarta enzima? Schada von Borzyskowski probó esta enzima en el laboratorio y descubrió que catalizaba una reacción de imina previamente desconocida en este contexto. Esta cuarta reacción cierra la vía metabólica a un elegante ciclo a través del cual el carbono del ácido glicólico se puede reciclar sin la pérdida de CO. ₂ .

Distribuido globalmente, ecológicamente significativo

Una cooperación con científicos de la Universidad de Marburg hizo posible estudiar el metabolismo del ácido glicólico y su regulación en microorganismos vivos. "Ahora nuestra tarea era buscar la presencia y actividad de estos genes en los hábitats marinos y su importancia ecológica, Erb explica. La cooperación entre los bioquímicos de Marburgo y los investigadores marinos del Instituto Max Planck en Bremen resultó ser muy fructífera, ya que estos últimos han estado estudiando las comunidades marinas cercanas a Helgoland durante años, en particular, las poblaciones bacterianas durante y después de la proliferación de algas. En varias excursiones en alta mar, los científicos de Marburg y Bremen midieron la formación y el consumo de ácido glicólico durante la floración de algas en la primavera de 2018. De hecho, el ciclo metabólico participó activamente en el metabolismo del ácido glicólico.

Los planos del ciclo metabólico también se encontraron repetidamente en las secuencias del genoma bacteriano que la expedición TARA Oceans había recolectado de los océanos del mundo a una distancia de 10, 000 kilómetros, con una prevalencia promedio 20 veces mayor que todas las demás rutas de degradación postuladas para el ácido glicólico. Por lo tanto, la vía metabólica redescubierta no es una existencia de nicho, pero por el contrario, generalizado.

Estos nuevos hallazgos aún asombran a Rudolf Amann:"El descubrimiento de nuestros colegas en Marburgo da un vuelco a nuestra comprensión previa del destino del ácido glicólico. Nuestros datos muestran que tenemos que reevaluar el ciclo de miles de millones de toneladas de carbono en los océanos". Como continúa Tobias Erb:"Este trabajo nos hace conscientes de las dimensiones globales del metabolismo de los microorganismos, y al mismo tiempo nos muestra cuánto nos queda por descubrir juntos ".