Investigar y desarrollar nuevas herramientas que permitan cultivar alimentos más inocuos y de manera más sostenible, es uno de los principales desafíos para el futuro de la agricultura. Lo anterior pasa por regular la aplicación de agroquímicos, al tiempo que se desarrollan y ofrecen soluciones que permitan mantener o mejorar los rendimientos de los cultivos.
La fertilización es un punto clave en este reto, donde optimizar la eficiencia en el uso de los nutrientes resulta clave para reducir la aplicación de fertilizantes nitrogenados. Dentro de los esfuerzos mundiales en esta área, un estudio reciente evidenció que una proteína que detecta la presencia de oxígeno es capaz de proteger la maquinaria enzimática de la fijación biológica de nitrógeno.
Según explican los autores, liderados por el bioquímico Prof. Dr. Oliver Einsle, de la Facultad de Química y Farmacia y del Centro de Estudios de Señalización Biológica (BIOSS) de la Universidad de Friburgo, su investigación descubrió el funcionamiento exacto de la proteína Shethna II, con actividad protectora sobre la enzima nitrogenasa, fijadora de nitrógeno.
UN ELEMENTO NUTRICIONALMENTE ESENCIAL Y ECOLÓGICAMENTE PROBLEMÁTICO
El nitrógeno es un componente esencial de todos los organismos vivos. En los cultivos se añade como fertilizante para permitir altos rendimientos a largo plazo. Sin embargo, su producción y aplicación es problemática desde el punto de vista energético y medioambiental, por lo que la investigación desde hace años busca trasladar a los cultivos la fijación biológica del nitrógeno en bacterias y arqueas.
La enzima nitrogenasa es la responsable de la fijación del nitrógeno, y uno de los problemas más graves de la transferencia a las plantas es que se trata de una enzima extremadamente sensible al oxígeno atmosférico, que producen las propias plantas durante el proceso de fotosíntesis.
PROTECCIÓN FRENTE AL DAÑO OXIDATIVO
El equipo de investigación a cargo del estudio demostró cómo un pequeño factor, la proteína Shethna II, registra un aumento de la concentración de oxígeno. A continuación, forma rápidamente un complejo con los dos componentes de la enzima nitrogenasa, que los protege del daño oxidativo.
En este proceso, la proteína Shethna II activada se une a la nitrogenasa, mucho más grande, y a su reductasa asociada, formando con ambas proteínas largos filamentos en los que el oxígeno no puede alcanzar los centros activos de la nitrogenasa. En cuanto las células superan el estrés oxidativo, el complejo se disuelve y la enzima puede reanudar su trabajo.
Si bien la nitrogenasa se produce directamente en las células vegetales, es probable que las breves fases de estrés con altas concentraciones de oxígeno se repitan una y otra vez.
Según mencionan los investigadores, la coproducción de la pequeña proteína Shethna II podría ayudar a proteger las enzimas elaboradamente sintetizadas en su nuevo entorno y mantener su función en la célula vegetal. “La producción de nitrogenasa funcional en plantas iniciaría un cambio de paradigma en la biotecnología verde, y esta pequeña proteína puede contribuir decisivamente a hacerlo posible”, sostiene el Dr. Einsle.
