Un equipo de científicos dirigido por el BIAM (CEA/CNRS/Universidad de Aix-Marsella) ha descubierto que dos procesos clave de la fotosíntesis - el mecanismo de concentración de CO2 y la fotorrespiración - funcionan de la mano, y no en oposición como se creía hasta ahora. Un hallazgo crucial para comprender mejor los flujos de carbono vinculados al cambio climático y que podría beneficiar a la bioeconomía.
Las microalgas, estos diminutos organismos fotosintéticos, desempeñan un papel esencial en la regulación del clima al absorber casi la mitad del dióxido de carbono (CO₂) atmosférico que entra anualmente en los ecosistemas. A través de la fotosíntesis, fijan el CO₂ y lo transforman en biomasa, utilizando la luz como fuente de energía. Sin embargo, a escala de los tiempos geológicos, cuando el CO₂ escaseó, surgieron mecanismos de concentración de CO2 en estos organismos para limitar la fotorrespiración. No obstante, los mecanismos precisos que permiten esta adaptación seguían siendo poco comprendidos hasta ahora.
Publicado en la revista Nature Communications, un estudio cuestiona los vínculos entre estos dos fenómenos. Hasta ahora, se suponía que las microalgas concentraban el CO₂ para optimizar la fotosíntesis, al mismo tiempo que "desactivaban" la fotorrespiración. Sin embargo, un equipo de investigación del CEA, en colaboración con el Instituto Max-Planck de Potsdam, en Alemania, y otros cuatro laboratorios, ha demostrado que estos dos mecanismos, supuestamente antagónicos, cooperan y permiten a las microalgas sobrevivir cuando el CO2 escasea o se vuelve raro.
Una proteína en el corazón del proceso
Los investigadores identificaron una proteína (LCI20) como elemento central en esta regulación. Presente en la envoltura del cloroplasto (orgánulo celular que desempeña un papel fundamental en la fotosíntesis), esta proteína facilita el equilibrio entre las dos vías metabólicas y permite a las algas eliminar los subproductos tóxicos derivados de la fotorrespiración. Privadas de esta proteína, las microalgas son incapaces de adaptarse durante una transición brusca hacia un entorno con muy bajo contenido de CO₂. Los investigadores observaron una acumulación tóxica de metabolitos, lo que frena el crecimiento y subraya así la importancia de LCI20 en el equilibrio metabólico global.
Este diálogo entre fotosíntesis y fotorrespiración demuestra la capacidad de las microalgas para adaptarse finamente a su entorno. Es una estrategia de aclimatación mucho más compleja de lo que imaginábamos.
explican Yonghua Li-Beisson y Gilles Peltier, coautores del descubrimiento.
Implicaciones para el clima y la bioeconomía
Esta investigación cambia las reglas de nuestro entendimiento del ciclo del carbono en los océanos. Más allá de las implicaciones ambientales, estos resultados podrían beneficiar los siguientes ámbitos:
- la bioeconomía, teniendo en cuenta el equilibrio entre CO₂ y O₂ en los biorreactores para mejorar los rendimientos de producción de biomasa o de compuestos de interés (biocombustibles, proteínas, moléculas farmacéuticas);
- la modelización del clima, integrando mejor la contribución de las microalgas al ciclo global del carbono;
¿El próximo paso? Explorar esta convivencia metabólica en otras especies de microalgas marinas de interés ecológico o industrial, para comprender mejor cómo reaccionan a las fluctuaciones ambientales - un desafío mayor en la era del cambio climático.