Las enzimas aseguran las reacciones químicas que proporcionan energía y transforman diversos componentes durante el metabolismo celular. Cómo se adquirieron sus propiedades a lo largo de la evolución es una cuestión fundamental. De hecho, su funcionamiento actual es el resultado de etapas evolutivas que se desarrollaron durante períodos muy largos.
Las arqueas metanógenas antiguas habitaban un entorno muy caliente y radiactivo (D. Mardern / IBS)
En el marco de un proyecto colaborativo, investigadores del Irig/IBS han caracterizado enzimas muy antiguas, denominadas extremófilas (capaces de funcionar en condiciones extremas de temperatura, presión,...), utilizando un enfoque de paleo-enzimología que permite comprender cómo se construyeron ciertas enzimas actuales.
Algunos microorganismos, como las arqueas metanógenas (microorganismos unicelulares procariotas que producen metano), han colonizado numerosos entornos donde predominan condiciones de temperatura muy diversas. Por ejemplo, la temperatura de crecimiento ronda los 100°C para las especies aisladas en chimeneas hidrotermales profundas. Sus enzimas están, por tanto, adaptadas para funcionar en estas condiciones.
Utilizando la malato deshidrogenasa, enzima implicada en el metabolismo, y aplicando un enfoque de bioquímica evolutiva combinado con un enfoque biofísico previamente descrito, que ya ha demostrado su eficacia, ha sido posible identificar las mutaciones responsables de la adaptación de esta enzima en diversas líneas de enzimas modernas a partir de una forma ancestral capaz de resistir condiciones de radiactividad y temperatura consideradas extremadamente perjudiciales. Hasta ahora, la capacidad de resistencia a la radiactividad solo se había demostrado a nivel de ciertas células, en particular mediante mecanismos de protección/reparación del ADN.
Por primera vez, investigadores del Irig/IBS demuestran que existe una capacidad favorable de resistencia contra la radiactividad y que esta propiedad proteica es muy antigua.
La evidencia de un vínculo entre la estabilidad térmica de una enzima y su capacidad de resistencia a un estrés radiactivo intenso abre perspectivas en el estudio de las condiciones de aparición de células antiguas en una Tierra más radiactiva que la actual o en otros planetas. Este estudio también contribuye a un mejor conocimiento del proceso de ingeniería racional de enzimas útiles para la descontaminación de sitios radiactivos.