Una enzima arcaica "resucitada" puede tener la clave de la vida en la Tierra y en otros mundos

Los organismos vivos de nuestro mundo necesitan nitrógeno para sobrevivir y, aunque este elemento químico está presente en todas partes, no podemos acceder a él directamente. Las enzimas llamadas nitrogenasas permiten la fijación del nitrógeno, lo que lo transforma en una forma accesible para vegetales, animales y otras formas de vida.

Unos científicos han utilizado técnicas de biología sintética para realizar ingeniería inversa de las nitrogenasas modernas y reconstruir sus posibles ancestros químicos.

Este equipo lo forman, entre otros, Holly R. Rucker y Betül Kaçar, de la Universidad de Wisconsin-Madison, así como Derek Harris y Lance Seefeldt, de la Universidad Estatal de Utah, en Estados Unidos ambas instituciones.

El registro geológico ha sido históricamente la fuente principal para averiguar cosas sobre la vida pasada en la Tierra y reconstruir su evolución. Sin embargo, la biología sintética puede ayudar a rellenar los vacíos en esa reconstrucción mediante la creación de réplicas fiables y tangibles de enzimas antiguas que son introducidas en microbios y estudiadas en un laboratorio moderno mientras actúan.

Hace tres mil millones de años, la Tierra era muy diferente a la que vemos hoy. Antes de la Gran Oxidación (un aumento notable de la cantidad de oxígeno en el aire), la atmósfera contenía más dióxido de carbono y metano, y las formas de vida existentes eran principalmente de microbios anaeróbicos. Averiguar cómo estos microbios accedían a un nutriente tan vital como el nitrógeno puede ofrecer una visión más clara de cómo la vida persistió y evolucionó en el lapso de tiempo anterior a que los organismos dependientes del oxígeno comenzaran a remodelar el planeta. Si bien no existen enzimas fosilizadas que los científicos puedan estudiar, estas enzimas pueden dejar rastros reconocibles en forma de isótopos, que los investigadores pueden medir en muestras de roca.

Al resucitar una enzima de unos 3000 millones de años de antigüedad y estudiarla en microbios vivos, los autores del estudio han descubierto una nueva forma de escrutar los orígenes de la vida en la Tierra y, posiblemente, reconocer indicios de vida en otros mundos.

Betül Kaçar enseñando una muestra que ella y sus colegas han examinado en su laboratorio. (Foto: Jeff Miller / UW–Madison)

Los autores de la investigación han reconstruido y caracterizado experimentalmente una biblioteca de genes sintéticos ancestrales de nitrogenasas, que abarcan miles de millones de años de historia evolutiva. Y han logrado determinar que la huella isotópica del nitrógeno, dejada por todas las cepas de microbios con las nitrogenasas investigadas, exhibe valores dentro de un rango estrecho comparable al de los microbios modernos, lo que sugiere que la nitrogenasa dependiente del molibdeno se ha mantenido prácticamente invariable a lo largo del tiempo desde sus orígenes.

En resumen, los resultados de este estudio confirman el origen temprano de la nitrogenasa de molibdeno y la perdurabilidad de las biofirmas de isótopos de nitrógeno en rocas antiguas, a la vez que demuestran el potencial de talles huellas químicas como referencia para buscar huellas parecidas fuera de la Tierra y potencialmente descubrir señales de vida extraterrestre a través de ellas.

El estudio se titula “Resurrected nitrogenases recapitulate canonical N-isotope biosignatures over two billion years”. Y se ha publicado en la revista académica Nature Communications. (Fuente: NCYT de Amazings)