La obtención de cultivos vegetales fijadores de nitrógeno es una realidad que cada vez está más cerca. Sin embargo, la complejidad del proceso de fijación del nitrógeno, junto con la alta sensibilidad al oxígeno que presentan muchos de sus componentes, lo convierte en todo un reto.
La fijación biológica del nitrógeno es un proceso natural exclusivo de algunos microorganismos como bacterias o arqueas. Consiste en la transformación del nitrógeno atmosférico (N2) en amonio (NH3), asimilable por el resto de organismos, gracias a la acción de una enzima llamada nitrogenasa. Debido a que esta capacidad se encuentra totalmente ausente en plantas es necesario un aporte regular de fertilizantes nitrogenados para garantizar el buen crecimiento de los cultivos. Por ello, la obtención de plantas que produzcan la enzima nitrogenasa y que puedan fabricar sus propios compuestos nitrogenados podría reducir graves problemas medioambientales relacionados con el uso excesivo de fertilizantes. Aunque parece una estrategia sencilla, para conseguir una nitrogenasa activa y funcional se requiere de un correcto funcionamiento de otras proteínas, aparte de la nitrogenasa, que participan en la fijación del nitrógeno, muchas de las cuales son extremadamente sensibles al oxígeno.
Un ejemplo claro es la proteína NifH, uno de los componentes que conforman la enzima nitrogenasa y que se encarga de enviar los electrones a su otro componente, NifDK, para transformar el N2 en NH3. NifH deja de ser activa tras unos pocos segundos en presencia de oxígeno y generalmente necesita de la acción de otra proteína conocida como NifM para su correcta conformación y función. Por ello, el estudio de diferentes proteínas NifH con mejores propiedades, como su independencia de NifM o una mayor resistencia al oxígeno, podría facilitar la obtención de plantas con nitrogenasas funcionales.
En el trabajo desarrollado por el grupo de Bioquímica de Fijación del Nitrógeno del CBGP se ha adaptado un ensayo colorimétrico rápido y sencillo para la medición de la actividad nitrogenasa de varias proteínas NifH procedentes de diferentes microrganismos. Tras un primer cribado en función de su estabilidad y solubilidad en células de levadura, modelo eucariota previo a la utilización de plantas, se redujo el número de NifH candidatas de 35 a 9. La actividad nitrogenasa de estas 9 candidatas se estudió mediante el uso de un compuesto conocido como S2V de un color azul intenso. Este compuesto va perdiendo su color azul y se vuelve transparente según NifH le roba sus electrones y se los cede a NifDK. Tan solo 3 proteínas NifH mostraron actividad mediante este ensayo, de las cuales una de ellas resultó ser estable y activa en ausencia de NifM y otra presentaba una mayor resistencia al contacto con el oxígeno que las NifH caracterizadas hasta hoy. Como resultado, estas dos variantes podrían ser buenas candidatas para su futura expresión en plantas y estar un paso más cerca de conseguir plantas fijadoras de nitrógeno.
Publicación Original:
Payá-Tormo, L., Coroian, D., Martín-Muñoz, S., Badalyan, A., Green, R.T., Veldhuizen, M., Jiang, X., López-Torrejón, G., Balk, J., Seefeldt, L.C., Burén, S., Rubio, L.M. 2022. A colorimetric method to measure in vitro nitrogenase functionality for engineering nitrogen fixation. 12, 10367. DOI: 10.1038/s41598-022-14453-x
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