Un avance importante de los químicos en el MIT ha presentado una versión mejorada de Rubisco, una enzima crucial en la fotosíntesis. Rubisco facilita la transformación del dióxido de carbono en compuestos orgánicos, lo que finalmente contribuye a la formación de azúcar. A pesar de su papel esencial, Rubisco es conocido por su ineficiencia en comparación con otras enzimas involucradas en la fotosíntesis.
Los investigadores del MIT se centraron en una variante bacteriana de Rubisco derivada de entornos con oxígeno limitado. Con la ayuda de un método conocido como evolución dirigida, identificaron con éxito mutaciones que aumentan la eficiencia catalítica de la enzima en no menos del 25%. Este progreso puede tener un potencial de transformación para mejorar la fotosíntesis en las plantas, lo que puede conducir a mejores rendimientos de los cultivos.
«Esta es una demostración convincente de cómo se pueden mejorar las propiedades enzimáticas de Rubisco, lo que ofrece esperanza para la ingeniería de otras formas de la enzima», dijo Matthew Shouls, Profesor Química en el MIT y uno de los principales autores del estudio.
La investigación, publicada en el Actas de la Academia Nacional de CienciasRubisco enfatiza las ineficiencias, que generalmente cataliza solo una a diez reacciones por segundo. Además, la enzima a veces contiene erróneamente oxígeno en lugar de dióxido de carbono, que propaga parte de la energía que se registra durante la absorción de la luz solar.
Julie McDonald, una estudiante graduada y autora principal de la investigación, explicó que mejorar la eficiencia de Rubisco ofrece un desafío emocionante para los ingenieros de proteínas. Los esfuerzos anteriores para mejorar Rubisco se centraron en la estabilidad y la solubilidad, de modo que solo se produjo un progreso mínimo. Muchos de estos estudios anteriores utilizaron métodos evolutivos específicos, en los que las mutaciones artificiales y la detección se crean con resultados favorables, pero a menudo se enfrentan con limitaciones en el número de variaciones que podrían generarse y probarse.
Este nuevo estudio, por otro lado, utilizó un MutageGenesetechniek más avanzado, llamado Mutat7, desarrollado por la losa del hombro. Este método garantiza la mutagénesis y la detección simultánea en las células vivas, de modo que el proceso se acelera considerablemente y realice una investigación en un alcance más amplio de mutaciones posibles.
El equipo comenzó sus experimentos con una versión de acción rápida de Rubisco de una familia de bacterias semi-anerobias conocidas como Gallionellaceae. Expusieron bacterias de E. coli a niveles atmosféricos de oxígeno, lo que creó una presión selectiva para el ajuste evolutivo. Después de realizar seis rondas de evolución dirigida, los investigadores descubrieron tres mutaciones que mejoraron la resistencia al oxígeno de Rubisco. Estas mutaciones se encuentran en la vecindad de la ubicación activa de la enzima y se descubrió que ayudan a Rubisco a preferir dióxido de carbono sobre oxígeno, lo que mejora su eficiencia.
«La pregunta es si podemos ajustar a Rubisco para que funcione mejor en entornos específicos», señalaron los hombros. «A través de esta investigación, hemos establecido que el cambio de Rubisco estaba menos inclinado a responder con oxígeno, por lo que podría seguir siendo efectivo en las instituciones ricas en oxígeno».
Actualmente, el equipo está ampliando sus técnicas a otras variedades de Rubisco, incluidas las de las plantas, donde se estima que hasta el 30% de la energía de la luz solar absorbida se pierde debido a la fotorrespiración, un proceso en el que Rubisco interactúa con oxígeno en lugar de dióxido de carbono.
«Esta investigación abre puertas para la emoción de nuevos estudios y representa una evolución en la ingeniería de Rubisco», señaló Robert Wilson, científico de investigación del estudio. Hizo hincapié en los posibles beneficios agrícolas de usar un Rubisco más eficiente.
