Aunque normalmente nos maravillamos por la aparente infinita diversidad de la vida, hay características que todos los seres vivos compartimos. Éstas características se hacen más evidentes a nivel molecular, por ejemplo: toda la vida está formada por células, todas las células contienen ADN, y todas las células necesitan mover electrones.

Hay más procesos que todos los seres vivos compartimos, pero el que nos preocupa en el laboratorio de metabolismo bacteriano, en el Centro de Ciencias Biomédicas de la Universidad de Chile, es éste último: todas las células necesitan mover electrones. Puede sonar sencillo, pero gracias a que las células mueven electrones de una manera precisa y coordinada, son capaces de realizar procesos como la respiración celular, o atrapar el CO2 del ambiente e incorporarlo a su metabolismo.

Cuando un electrón se pasa de una molécula a otra suceden dos cosas, la molécula que gana el electrón se reduce, mientras que la molécula que pierde el electrón se oxida. Éstas reacciones son llamadas redox, ya que la reducción y la oxidación suceden al mismo tiempo. Que una molécula se oxide o se reduzca le permite cambiar su forma o su estado y ser capaz de realizar funciones que en su estado previo no podía hacer.

Mover electrones es una parte esencial del metabolismo y todos contamos con dos maneras principales de hacerlo, una es utilizando hierro y la otra es utilizando riboflavina -también llamada vitamina B12-. Además de transportar electrones, el hierro y la riboflavina comparten otra característica interesante, ambos existían desde antes de que empezara la vida en la Tierra. El hierro es el metal más abundante de nuestro planeta, y se encuentra aquí desde sus inicios. La riboflavina, por su parte, se postula que se puede formar en ventilas hidrotermales en el fondo del mar.

El que tanto el hierro como la riboflavina estuvieran presentes en nuestro planeta antes de que la vida empezara nos da una idea de por qué estos dos elementos se requieren en todos los seres vivos, fueron reclutados por las primeras formas de vida para llevar a cabo la función de transportar electrones.

¿Por qué la vida reclutaría dos moléculas para hacer más o menos la misma función? Una explicación posible es que la riboflavina presenta la ventaja de transferir dos electrones al mismo tiempo, algo que el hierro no hace. Además, debido al oxígeno atmosférico, el hierro en el ambiente forma óxidos, los cuales son insolubles y por lo tanto de difícil acceso para los organismos. Algunas bacterias y otros microorganismos tienen la capacidad de biosintetizar riboflavina, lo que los hace independientes de encontrar lugares con riboflavina disponible.

Existe un fenómeno de regulación cruzada en el metabolismo de hierro y riboflavina. Cuando un organismo está en escasez de hierro, comienza a sobreproducir riboflavina, ya que ésta no sólo es capaz de sustituir al hierro, sino también le ayuda a los organismos a captar más hierro del ambiente. Esto sucede en algunas plantas, animales, bacterias y hongos.

En nuestro laboratorio, hemos descubierto evidencia del fenómeno recíproco. En la bacteria causante del cólera –Vibrio cholerae-, la disponibilidad de riboflavina afecta la expresión de genes de metabolismo de hierro. Esto podría indicar el cierre del interesante círculo metabólico entre los dos principales factores ancestrales de transporte electrónico. Muchas bacterias pueden adquirir riboflavina desde el ambiente además de sintetizar la propia, y nuestra línea de investigación incluye hacer una reconstrucción de la evolución de los transportadores de riboflavina y la vía de biosíntesis. Esto ayudaría a inferir si las bacterias primero utilizaron la riboflavina disponible en la Tierra y después aprendieron a biosintetizarla, o si fue al revés.

 

Representación de la síntesis de riboflavina en la bacteria Rhizobium leguminosarum. Las flechas negras indican los genes directamente relacionados a la síntesis de riboflavina; las flechas grises, indican a los genes probables o reguladores previamente caracterizados; las flechas blancas, se indican a genes no relacionados o no caracterizados.