Investigadores de Cornell han descubierto cómo uno de los microorganismos más abundantes en la Tierra produce óxido nitroso, un gas de efecto invernadero potente y duradero.
Las AOA (Arqueas Oxidantes de Amoníaco) están en todas partes: en el suelo, en el agua, en entornos extremos, en la piel humana, y descubrir su proceso químico es un paso importante hacia la comprensión de la química del cambio climático, dijo Kyle Lancaster, profesor de química y biología química en la Facultad de Artes y Ciencias (A&S).
"Esta química parece ser el coste de hacer negocios para las AOA", dijo en un comunicado. "Los humanos comen azúcar y exhalan dióxido de carbono; estos organismos están expulsando óxido nitroso y es algo de lo que debemos ser conscientes a medida que agregamos más y más nitrógeno a los ecosistemas".
El óxido nitroso representa aproximadamente el 6% de las emisiones de gases de efecto invernadero de las actividades humanas, mientras que el dióxido de carbono representa aproximadamente el 80%, según la Agencia de Protección Ambiental. Aunque no hay nada que hacer con el óxido nitroso que se produce naturalmente por el AOA, dijo Lancaster, saber cómo se produce completa un aspecto importante de la química climática general y prepara a los investigadores para aprender aún más.
"Se trata de una bioquímica que prolifera a nivel mundial y que es fundamental para lograr el delicado equilibrio del que dependemos para un planeta viable", dijo Lancaster, cuyo estudio se publican en Proceedings of the National Academy of Science (PNAS).
Los nitrificantes, entre ellos las AOA y las bacterias oxidantes de amoníaco (AOB), viven oxidando el amoníaco como combustible celular, escribieron los investigadores. Al hacerlo, impulsan transformaciones clave en el ciclo del nitrógeno y, por lo tanto, desempeñan un papel esencial en los ecosistemas, aunque muchos productos y subproductos de sus metabolismos son contaminantes ambientales y atmosféricos preocupantes, incluido el óxido nitroso.
En experimentos dirigidos por Voland que estudiaban las proteínas de la especie AOA Nitrosopumilus maritimus, los investigadores identificaron una enzima que es estructural y genéticamente única de la AOA: Nmar_1354, un tipo de oxidasa multicobre.
"Encontrar esta enzima fue interesante porque hasta que la encontramos, no sabíamos de ninguna enzima que contuviera cobre que oxidara la hidroxilamina", dijo Voland.
Descubrió que la hidroxilamina, un metabolito del AOA, es transformada por esta enzima en nitroxilo, una molécula extremadamente reactiva, que luego forma óxido nitroso, el gas de efecto invernadero, y gas nitrógeno, el químico más abundante en la atmósfera de la Tierra. Este proceso explica cómo el AOA produce óxido nitroso, dijeron los investigadores, e identifica el mecanismo de formación del enigmático nitroxilo.
El nitroxilo es de gran interés, dijo Lancaster, debido a su reactividad (que también lo hace difícil de estudiar). Incluso reacciona consigo mismo, que es como el óxido nitroso es finalmente generado por esta proteína.
La reactividad del nitroxilo, aunque de gran interés, es solo uno de los desafíos en esta línea de estudio, dijo Lancaster. Otro es la naturaleza del AOA, que crece lentamente, no alcanza una alta densidad celular y es difícil de cultivar en el laboratorio.
Ha habido un debate sobre el origen del óxido nitroso proveniente del AOA y, de hecho, del AOB, dijo Lancaster. Es controvertido porque en la comunidad de ecología microbiana, que estudia cómo interactúan los microorganismos entre sí y con el medio ambiente, algunos dicen que estas reacciones ocurren de manera abiótica, sin la participación de ninguna enzima.
"Podemos discutir sobre eso porque la enzima está ahí, los sustratos están ahí, la reacción ocurre; tiene que haber una contribución", dijo Lancaster. "Esa es la actitud que estamos adoptando aquí también, especialmente porque estas proteínas son algunas de las proteínas más abundantes expresadas por estos organismos, comunes a todos ellos".
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