Las cianobacterias marinas son los organismos fotosintéticos más abundantes de la Tierra y son responsables de producir una gran parte del oxígeno que respiramos. Aunque su principal fuente de energía la consiguen a través de la fotosíntesis, proceso con el que convierten el CO2 de la atmósfera en materia orgánica, dependiendo de determinadas circunstancias también son capaces de captar directamente sustancias orgánicas del entorno, como la glucosa, y asimilarlas como fuente de energía. Por eso se las considera organismos mixótrofos, ya que tienen una forma mixta de alimentarse (luz y materia orgánica).

Con el objetivo de conocer esas determinadas circunstancias que favorecen que las cianobacterias capten directamente sustancias orgánicas, el grupo de investigación de la Universidad de Córdoba ‘Adaptaciones en el metabolismo del nitrógeno y el carbono en cianobacterias marinas’ ha realizado varias investigaciones que permiten comprender mejor cómo estos organismos asimilan y aprovechan la glucosa, que es el compuesto orgánico más abundante de la naturaleza.

De izquierda a derecha, M.ª del Carmen Muñoz Marín, Jesús Díez, José Manuel García Fernández, José Ángel Moreno Cabezuelo, Guadalupe Gómez y Antonio López Lozano, del grupo de investigación de la UCO Adaptaciones en el metabolismo del nitrógeno y el carbono en cianobacterias marinas.

Así, en un estudio publicado en la revista Microbiology Spectrum, el equipo ha visto que la capacidad de captar la glucosa y sus efectos en el metabolismo son diferentes entre distintas estirpes de Prochlorococcus y Synechococcus, que son los dos principales géneros de cianobacterias que existen. Es decir, hay algunas cianobacterias que son más eficaces a la hora de captar la glucosa y el uso que hacen de ella también puede ser diferente ya que “las cianobacterias marinas en el océano son capaces de moldear su metabolismo en función de que haya disponibilidad de glucosa”, explica José Manuel García Fernández, del grupo de investigación.

Ahora bien, una cosa es la asimilación de la glucosa (esto es, cómo usan esta materia orgánica), y otra es cómo consiguen capturarla. Para ello emplean unas proteínas llamadas transportadores. Estas proteínas se encargan de identificar la glucosa en el ambiente e introducirla en el interior de la célula. En un artículo publicado en BBA Bioenergetics con la colaboración de la Universida de Nova de Lisboa, el equipo ha conseguido identificar con precisión la estructura y funciones del transportador de glucosa de Prochlorococcus, que destaca por ser capaz de identificar pequeñas cantidades de glucosa a su alrededor. “Futuros estudios”, explica García Fernández, “permitirán responder a la pregunta de qué partes concretas de este transportador son las responsables de que tenga esa capacidad”.

Además, en una investigación realizada en colaboración con las Universidades de Hawaii y Arizona, publicada en Microbiology Spectrum y en la que han analizado muestras naturales durante una campaña oceanográfica en Hawaii, el equipo ha añadido tres características más a la relación de Prochlorococcus con la glucosa. En primer lugar, que el transporte de glucosa es mayor durante el día que durante la noche gracias a la disponibilidad de luz. En segundo lugar, que la absorción de glucosa sigue un ciclo circadiano distinto al de otras bacterias que viven en esa misma zona del océano. Y, por último, el equipo descubrió diferencias en la metabolización de la glucosa entre cianobacterias de superficie como de profundidad.

Todo este proceso de asimilación de la glucosa es fundamental para algunas cianobacterias y les genera ventajas frente a su competencia: ahorran energía (ya que supone más esfuerzo transformar el CO2 en materia orgánica que alimentarse directamente de ella) y quitan materia orgánica a otros microorganismos competidores que están a su alrededor. Además, aunque la principal fuente de energía de las cianobacterias es la luz solar, muchas habitan en zonas profundas a las que no llega ninguna luz, por lo que para ellas es fundamental captar la materia orgánica para sobrevivir. Esto ha sido demostrado recientemente por investigadores de la Universidad de Haifa (Israel), en un artículo que la profesora de la UCO María del Carmen Muñoz Marín reseñó para Nature Microbiology.

Referencias bibliográficas:

José Ángel Moreno-Cabezuelo, Guadalupe Gómez-Baena, Jesús Díez, José Manuel García-Fernández, «Integrated Proteomic and Metabolomic Analyses Show Differential Effects of Glucose Availability in Marine Synechococcus and Prochlorococcus», Microbiology Spectrum, vol. 0, 2023, https://doi.org/10.1128/spectrum.03275-22.

José Ángel Moreno-Cabezuelo, María del Carmen Muñoz-Marín, Antonio López-Lozano, Diogo Athayde, Ana Simón-García, Jesús Díez, Margarida Archer, Federico M. Issoglio, José Manuel García-Fernández, «Production, homology modeling and mutagenesis studies on GlcH glucose transporter from Prochlorococcus sp. strain SS120», Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Bioenergetics, vol. 1864 (2), 2023, https://doi.org/10.1016/j.bbabio.2022.148954.

María del Carmen Muñoz-Marín, Solange Duhamel, Karin M. Björkman, Jonathan D. Magasin, Jesús Díez, David M. Karl, José M. García-Fernández and Adriana Lopes dos Santos, «Differential Timing for Glucose Assimilation in Prochlorococcus and Coexistent Microbial Populations in the North Pacific Subtropical Gyre», Microbiology Spectrum, vol 10 (5), 2022, https://doi.org/10.1128/spectrum.02466-22.

María del Carmen Muñoz-Marín, «Mixotrophy in depth», Nature Microbiology, vol. 7, 1949–1950, 2022, https://doi.org/10.1038/s41564-022-01251-4.