Cuando los humanos tienen niveles bajos de hierro, tienden a sentirse débiles, fatigado y mareado. Esta fatiga evita que los pacientes con anemia ferropénica hagan ejercicio o se esfuercen para conservar energía.

Similar, en entornos con bajo contenido de hierro, los microbios sobreviven ralentizando el procesamiento del carbono y extrayendo hierro de los minerales. Sin embargo, esta estrategia requiere que los microbios inviertan valiosas fuentes de alimentos en la producción de compuestos que disuelvan minerales. Dada esta paradoja, Los investigadores querían comprender cómo los microbios mantienen las estrategias de supervivencia en entornos con muy poco hierro para prosperar.

El hierro es fundamental para el metabolismo del carbono porque lo requieren las proteínas implicadas en el procesamiento del carbono. Pero debido a que el oxígeno hace que el hierro soluble sea menos abundante en el medio ambiente, las bacterias a menudo operan bajo la limitación de hierro y necesitan cerrar o disminuir drásticamente la ingesta de carbono.

Mirando un grupo de bacterias del suelo, Los investigadores de la Universidad Northwestern descubrieron que estos organismos superan las limitaciones en su maquinaria de procesamiento de carbono al redirigir sus vías metabólicas para favorecer la producción de compuestos captadores de hierro. El estudio es el primero en utilizar metabolómica, una técnica de alta resolución para monitorear el flujo de carbono en las celdas, estudiar el impacto del hierro en el ciclo del carbono en las células bacterianas.

El estudio fue publicado hoy en la revista procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .

Ludmilla Aristilde, profesor asociado de ingeniería civil y ambiental en la Escuela de Ingeniería McCormick, dirigió la investigación. Su grupo de investigación se enfoca en comprender los procesos ambientales que involucran a los orgánicos, con implicaciones para la salud del ecosistema, productividad agrícola y biotecnología ambiental.

Dentro de la red del metabolismo de las bacterias, el ciclo del ácido cítrico proporciona los esqueletos de carbono necesarios para producir compuestos captadores de hierro. El metabolismo de ciertas fuentes de carbono genera mejor carbono y combustible a partir del ciclo del ácido cítrico. Las bacterias hambrientas de hierro favorecen el procesamiento del carbono a través del ciclo del ácido cítrico para producir más compuestos captadores de hierro. Aristilde dijo que este hallazgo es significativo porque la investigación revela que los nutrientes inorgánicos pueden tener un impacto directo en los procesos orgánicos.

"La jerarquía en el metabolismo del carbono destaca que la selectividad en el uso específico del carbono está fuertemente ligada a algo que es inorgánico, "Aristilde dijo." Para poner esto en el contexto del cambio climático, necesitamos entender qué condiciones controlan el ciclo del carbono del suelo y su contribución al dióxido de carbono ".

Al centrarse en las especies de Pseudomonas en los suelos, el grupo de investigación pudo hacer inferencias sobre otras especies. Las bacterias Pseudomonas también existen como patógenos humanos y vegetales, en nuestro intestino y en otras partes del medio ambiente. Aristilde espera que debido a que las bacterias que ella y sus investigadores eligieron estudiar son tan ubicuas, la investigación futura podrá utilizar los hallazgos de su grupo como una hoja de ruta.

Investigaciones anteriores estudiaron el comportamiento de los organismos con una menor resolución de información. Si bien los científicos han utilizado la genómica para predecir lo que puede suceder en el metabolismo de las especies basándose en la identificación y medición de genes, el laboratorio de Aristilde utiliza la metabolómica de la especie para capturar lo que realmente está sucediendo en el metabolismo. Su investigación proporciona pistas que implican que muchos otros organismos y sistemas también podrían emplear estrategias metabólicas similares.

Como ingeniero ambiental, Aristilde dijo que su área de estudio tiene que ver con comprender los mecanismos y hacer predicciones sobre cómo se comportan los procesos ambientales como el ciclo del carbono. Más allá del ciclo del carbono y el cambio climático, el estudio también tiene implicaciones en la salud humana y vegetal. Comprender cómo las bacterias que causan inflexiones cambian el metabolismo del carbono para competir por el hierro en sus plantas o huéspedes humanos puede permitir a los investigadores diseñar mejor los tratamientos objetivo.