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Un clavo al ataúd de la bacteria que metabolizaba arsénico

a, A close-up view of the short hydrogen bond ((−)CAHB, or LBHB) between O2 of the bound phosphate and the carboxylate of Asp 62 (pH 8.5; PDB 4F1V). The shared hydrogen atom is revealed by the omit-H Fourier difference map (blue mesh) contoured at 2.5σ (peak height 3.3σ). b, The same bond in the arsenate-bound structure, with the omit-H Fourier difference map (blue mesh) contoured at 1.4σ (peak height 1.9σ; the pH 4.5 structure is presented for clarity). Noted are the bond lengths and the angles of the short hydrogen bonds.

Aunque sólo sea por terminar con el tema, voy a referirme al último capítulo de una historia que comenzó el 2 de diciembre el 2010 con una controvertida publicación en la versión online de la revista Science, en la que un grupo de investigación dirigido por Felisa Wolfe-Simon, del Instituto de Astrobiología de la NASA (USA), dijo haber encontrado en un Lago de California (en Mono Lake concretamente) una bacteria (denominada GFAJ-1) capaz de vivir en un ambiente de alta concentración de arsénico y que no metabolizaba el fósforo.

La noticia causó gran revuelo científico porque era la primera forma de vida conocida que, si esto era cierto, no estaría basada en el fósforo, sino en otro elemento químico. Para comprender la novedad del asunto bastará recordar que en todos los organismos vivos que conocemos, las moléculas que portan la información genética son los ácidos nucléicos, que están constituidos por fósforo, entre otros elementos.

El asunto dio pié a cierto debate y a la publicación de nuevos experimentos en los que se refutaba la afirmación de Wolfe-SImon. Debate y publicaciones fueron motivo de dos entradas en este blog que pueden consultarse aquí y aquí.

Esos trabajos posteriores que refutaban la utilización de arseniato por la bacteria GFAJ-1, indicaban que esta bacteria prefiere utilizar en su metabolismo el fósforo, incluso en presencia de altas concentraciones de arseniato, pero no se sabía cómo era capaz de discriminar entre ambos elementos químicos tan similares: fosfato (PO 3-) y arseniato (AsO 3-). Ahora, un trabajo realizado por un grupo del Weizmann Institute of Science, de Rehovot (Israel), dirigido por Dan Tawfik y Mikael Elias, y que ha sido publicado en la revista Nature el día 3 de octubre de 2012, propone un mecanismo que lo explica: algunas proteínas bacterianas se unen al fosfato pero no al arseniato.

Par llegar a conclusiones, el equipo investigador ha analizado 5 tipos de proteínas que se unen a fosfato, dos de ellas procedentes de especies bacterianas sensibles a arseniato (Escherichia coli y P. fluorescens) y las otras tres procedentes de bacterias resistentes a arseniato: Klebsiella variicola del Lago Albano (Italia) y la famosa GFAJ-1 (del Mono Lake, USA). El experimento consiste en mantener estas bacterias en una solución con una concentración fija de fosfato y concentraciones variables y crecientes de arseniato durante 24 horas y, después, comprobar si las proteínas elegidas se han unido al fósforo.

Los resultados: incluso en soluciones que contienen 500 veces más concentración de arseniato que de fósforo, las 5 proteínas se unían preferentemente al fósforo. De hecho, una proteína de la bacteria GFAJ-1 es capaz de seguir prefiriendo el fosfato en un medio con 4500 veces más de arseniato!!!

Según los autores, todo esto es debido a que la molécula de arseniato es ligeramente mayor que el fosfato, lo cual distorsiona y debilita los enlaces que se establecen alrededor del átomo de hidrógeno cuando la proteína se une a este elemento. Así pues, no se trataría de que el arseniato no entra en las bacterias, sino que, aunque entre, la bacteria es capaz de preferir el fosfato incluso en altas concentraciones de arseniato. Y todo por una cuestión de enlace químico!!!!

Según el comentario que el propio Tawfik ha realizado en la noticia de la revista Nature que sobre este trabajo se ha publicado el día 3 de octubre, estos resultados son el último clavo en el ataúd de la hipótesis de que la GFAJ-1 utiliza arsénico en su DNA, así que supongo que el tema queda también zanjado para este blog.

2 comentarios a Un clavo al ataúd de la bacteria que metabolizaba arsénico

  • Juan

    He leído muchos artículos al respecto y me perece también muy apresurado descartar la hipótesis de Felisa Wolfe-Simon. En las ultimas décadas la comunidad científica (en todas sus disciplinas) viene sufriendo una grave falta de imaginación y capacidad de innovación en sus ideas, relacionadas quizás a la suma de mentes cerradas a estas disciplinas tan nobles. Newton entre otros debe estar retorciéndose en su ataúd, pobre…

  • Marlon brandini

    Bueno no he leído mucho de las bacterias y arsénico, pero la química nos puede dar mas luces como nos la dieron en este paper. Como es el caso de Selenio que presenta la misma estructura electrónica del carbono, pero sin embargo, no puede formar estructuras tan complejas como lo hace el carbono y por ende dio inicio a la vida y toda materia orgánica que involucra carbono esta muy ligado a la vida. Pero el Selenio resulto ser una molécula mucho mas pesada y al reaccionar con el Oxígeno se solidifica en ves de ser gas como el dióxido de carbono, y requeriría de 4000 grados Celsius para tenerlo al SeO2 como el CO2. A pesar que hay ciertos y pequeños aminoácidos con selenio, sin embargo no se equipara a la maleabilidad y plasticidad del carbono para formar estructuras. Lo mismo creo que sucede con el arsénico y el fósforo. Pero también en ciencia nada se descarta especialmente cuando estos datos son moleculares. ffff

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