CIENCIAS BIOLÓGICAS Y DE LA SALUD

Fotosíntesis más eficiente: siguiendo la evolución de una enzima

Investigadoras del CONICET identificaron pequeños cambios estructurales de ciertas enzimas que posibilitan la optimización del proceso fotosintético de las plantas.


Mariana Saigo, Clarisa Álvarez y Fabiana Drincovich. Foto: Comunicación CCT CONICET Rosario

Las investigadoras del CONICET Fabiana Drincovich, Clarisa Álvarez y Mariana Saigo, integrantes del Centro de Estudios Fotsintéticos y Bioquímicos (CEFOBI, CONICET_UNR) desarrollaron un estudio en conjunto con colegas de Alemania y Uruguay, cuyo resultado fue publicado en la revista científica de alto impacto Nature Plants. La investigación se trató del seguimiento evolutivo de una proteína que participa en un ciclo que le otorga mayor eficiencia a todo el proceso fotosintético en las plantas, que consiste en la incorporación de dióxidos en hidratos de carbono.

La investigación, si bien forma parte del campo de la llamada ciencia básica, presenta un vínculo inmediato con la necesidad actual de incrementar la generación de alimentos para sostener la población futura. Tal como explica Drincovich: “Existe consenso de la comunidad científica mundial en la necesidad de trabajar en un aumento de la eficiencia fotosintética y en la resistencia de las plantas, porque toda la generación de alimentos se da a partir de la cadena: dióxido de carbono, luz y plantas, entonces hay que concentrarse en aumentar la producción y la eficiencia fotosintética para las generaciones futuras, y eso hay que encararlo ahora”.

 

Un camino hacia la eficiencia

Las plantas que las investigadoras estudian, sorgo y maíz, atraviesan un proceso bioquímico por el cual pueden concentrar el dióxido de carbono y, para captarlo mejor y lograr mayor eficiencia en la fotosíntesis, lo hacen vía cambios en las propiedades de determinadas enzimas que participan en ese ciclo. “Nosotras estudiamos qué había ocurrido en una de las enzimas para que puedan operar de esa manera y en ese punto descubrimos unas pequeñas modificaciones en la proteína que se traducen en efectos muy importantes, que hacen que pueda tener este nuevo rol y ayudar a un proceso fotosintético más eficiente”. explica Drincovich. “En nuestro laboratorio, que está especializado en estructuras de proteínas, hicimos el análisis bioquímicos para saber cómo se traduce la mejora en esa estructura que tienen estas enzimas”, agrega Saigo.

Por su parte, Clarisa Álvarez señala: “El trabajo tiene una gran parte estructural y en ese punto trabajamos con el instituto Pasteur de Montevideo, Uruguay, con los investigadores  Alejandro Buschiazzo y Felipe Trajtenberg. Con ellos cristalizamos una de las proteínas para poder resolver la estructura, una enzima málica de sorgo. Con el grupo de Alemania cristalizamos la proteína de la enzima málica de maíz. A partir de la comparación de esas dos estructuras, junto con la comparación de otras que no tienen esas propiedades, pudimos determinar algunas características distintivas que le otorgan ventajas fotosintéticas a estas enzimas que pudimos determinar su estructura cristalina”.

Drincovich, siguiendo lo apuntado por Álvarez, agrega que maíz y sorgo son, precisamente, dos especies que presentan este mecanismo por el cual tienen un aumento en la eficiencia fotosintética porque concentran el dióxido de carbono. “Tomamos esas dos especies como modelos para analizar las proteínas ahí y compararlas con otras que no tenían estas características, para ver cómo la proteína evolucionó hacia esas formas que le permiten tener esta ventaja. Detectamos cambios muy pequeños, pero que sin embargo se traducen en cambios muy importantes de las propiedades de la enzima para que puedan operar de esta manera”, explica la investigadora.

En Alemania, el grupo de investigación que participó de este estudio está integrado por la investigadora Verónica Maurino, formada en la Universidad Nacional de Rosario y ex becaria doctoral del CONICET.

“La ciencia es multidisciplinaria, el trabajo de investigadores aislados está obsoleto. Es la colaboración con grupos de otros lugares, lo que da la posibilidad de tener publicaciones de impacto y con aplicación social. Además, el trabajo en colaboración con laboratorios del exterior a nosotros nos facilita tener acceso a herramientas que acá no poseemos. Hay un déficit presupuestario muy importante en ciencia y muchas veces las colaboraciones, trabajar en conjunto, hacen que las cosas puedan marchar. Nuestros científicos tienen las capacidades, las ganas, las ideas e iniciativas y muchas veces no se pueden plasmar por estos problemas”, acentúa Drincovich.

Referencia bibliográfica

Alvarez, C. E., Bovdilova, A., Höppner, A., Wolff, C. C., Saigo, M., Trajtenberg, F., … & Lercher, M. J. (2019). Molecular adaptations of NADP-malic enzyme for its function in C4 photosynthesis in grasses. Nature plants5(7), 755-765.

https://doi.org/10.1038/s41477-019-0451-7

Por Ana Paradiso – CCT CONICET Rosario