A medida que el mundo recurre al hidrógeno verde y otras fuentes de energía renovables, los científicos han descubierto que las arqueas, las tercera forma de vida después de las bacterias y los eucariotas, han estado produciendo energía utilizando gas hidrógeno y enzimas «ultra mínimas» durante miles de millones de años.

En concreto, el equipo internacional de investigadores encontró que al menos nueve filos de arqueasun dominio de organismos unicelulares sin estructuras internas unidas a membranas, produce gas hidrógeno utilizando enzimas que se cree que existen sólo en las otras dos formas de vida.

Se dieron cuenta de que las arqueas no sólo tienen las enzimas que utilizan hidrógeno más pequeñas en comparación con las bacterias y eucariotaspero sus enzimas para consumir y producir hidrógeno son también las más complejas caracterizadas hasta el momento.

Pequeñas y poderosas, estas enzimas aparentemente han permitido a las arqueas sobrevivir y prosperar en algunos de los entornos más hostiles de la Tierra, donde se encuentra poco o nada de oxígeno.

«Los seres humanos han empezado a pensar en utilizar el hidrógeno como fuente de energía hace poco, pero las arqueas lo han estado haciendo durante mil millones de años». dice Pok Man Leung, microbiólogo de la Universidad de Monash en Australia, quien codirigió el estudio.

«Los biotecnólogos tienen ahora la oportunidad de inspirarse en estas arqueas para producir hidrógeno industrialmente».

El hidrógeno es el elemento más abundante en el Universo y es utilizado globalmente para producir fertilizantes y otros productos químicos, tratar metales, procesar alimentos y refinar combustibles.

Pero el futuro del hidrógeno pasa por el almacenamiento de energía y la producción de acero, que podría producirse con cero emisiones. si se utiliza energía renovable para convertir materiales como el agua en gas hidrógeno.

Microorganismos producir y liberar gas hidrógeno (H_dos) para propósitos completamente diferentes, principalmente para deshacerse del exceso de electrones producido durante fermentaciónun proceso mediante el cual los organismos extraen energía de los carbohidratos, como los azúcares, sin oxígeno.

Enzimas utilizadas para consumir o producir H_dos Se les llama hidrogenasasy fueron examinados exhaustivamente por primera vez en el árbol de la vida. hace apenas ocho años. Desde entonces, el número de especies microbianas conocidas se ha disparado, especialmente arqueas, que se esconden en ambientes extremos como aguas termales, volcanes y respiraderos de aguas profundas.

Sin embargo, la mayoría de las arqueas sólo se conocen a partir de fragmentos de su código genético encontrados en estos entornos, y muchas no se han cultivado en el laboratorio porque es demasiado difícil hacerlo.

Entonces, el microbiólogo de la Universidad de Monash, Chris Greening, y sus colegas buscaron el gen que codifica parte de un tipo de hidrogenasa de acción rápida. [FeFe] hidrogenasas, en más de 2.300 grupos de especies de arqueas enumeradas en una base de datos global.

Luego encargaron a AlphaFold2 de Google la tarea de predecir la estructura de las enzimas codificadas y expresaron estas enzimas en E. coli bacterias, para verificar que estos genes eran realmente funcionales y producían hidrogenasas capaces de catalizar reacciones de hidrógeno en su huésped sustituto.

«Nuestro descubrimiento nos acerca un paso más a la comprensión de cómo este proceso crucial dio origen a todos los eucariotas, incluidos los humanos», dijo Leung. dice.

Los eucariotas son organismos cuyas células contienen un núcleo y orgánulos unidos a una membrana, como las mitocondrias y otras fábricas celulares útiles.

Se cree que todos los eucariotas surgieron de la unión de una arquea anaeróbica y una bacteria que se tragó hace miles de millones de años. Una segunda endosimbiosis, mucho más tardía, dio origen al ancestro de las plantas, los cloroplastos.

Greening, Leung y sus colegas encontraron las instrucciones genéticas para [FeFe] hidrogenasas en nueve filos de arqueas y confirmaron que, de hecho, son activas en estos microorganismos, lo que los convierte en tres de los tres dominios de la vida que utilizan este tipo de enzimas para producir hidrógeno.

Pero a diferencia de las bacterias y los eucariotas, análisis posteriores demostraron que las arqueas ensamblan «complejos híbridos notables» para sus necesidades de producción de hidrógeno fusionando dos tipos de hidrogenasas.

«Estos descubrimientos revelan nuevas adaptaciones metabólicas de las arqueas, simplificadas H_dos catalizadores para el desarrollo biotecnológico y una historia evolutiva sorprendentemente entrelazada entre los dos principales H_dos-enzimas metabolizadoras», el equipo escribe en tu periódico.

Sin embargo, muchos de los genomas de arqueas catalogados analizados en este estudio están incompletos y quién sabe cuántas especies quedan por descubrir.

Es más que probable que las arqueas alberguen otras formas ingeniosas de producir energía que aún no hemos descubierto.

La investigación fue publicada en Celúla.