Durante siglos, los seres humanos han explorado formas de transformar hidrógeno en energía. Los organismos unicelulares pertenecientes al grupo de las Arqueas han estado realizando este proceso durante millones de años. Una reciente investigación sobre éstas, clasificadas como la tercera forma de vida en el planeta, reveló el mecanismo mediante el cual generan energía a partir del gas presente en la atmósfera. Los científicos responsables de este estudio esperan que sus hallazgos inspiren a otros colegas a descubrir nuevos métodos de generación de energía verde.
Según el sistema de clasificación biológica de los tres dominios, el árbol de la vida se divide en seres que pertenecen a las ramas Eucarya, Bacteria y Arquea. La naturaleza de las células que componen un organismo es el criterio principal para determinar su ubicación en los dominios. Por ejemplo, animales, plantas y hongos tienen células con núcleo definido (células eucariotas) y se clasifican en el dominio Eucarya. En contraste, los organismos (generalmente microscópicos) con células sin núcleo o con unidades sin núcleo pertenecen a las ramas Bacteria o Arquea.
El “nitroplasto” de un alga marina convierte el nitrógeno del aire en una forma químicamente útil. Se trata del único cuarto ejemplo de la evolución de un orgánulo, lo que lo convierte en un descubrimiento impresionante.
Transformar hidrógeno en energía con enzimas
Las arqueas son microorganismos unicelulares procariotas con una estructura fundamentalmente diferente a la de cualquier otra bacteria. Son las formas de vida más antiguas del planeta y, según algunas teorías, los organismos eucariotas complejos podrían haber surgido a partir de fusiones entre arqueas y células bacterianas.
Dichos seres tienen la capacidad de producir la energía necesaria para su supervivencia utilizando el hidrógeno presente en su entorno. Esta habilidad es poco común en la naturaleza. La mayoría de los organismos simples han evolucionado para convertir la luz en alimento. El aprovechamiento del hidrógeno, conocido como proceso de la quimiosíntesis, se observa en entornos extremos y desafiantes para la vida convencional, como los respiraderos geotérmicos.
Investigadores del Instituto de Biomedicina de la Universidad de Monash, Australia, lograron identificar el mecanismo biológico mediante el cual las arqueas producen energía. Estos microorganismos primitivos consumen y producen hidrógeno a través de enzimas hidrogenasas de acción rápida (FeFe). Hasta ahora, se creía que estos componentes eran exclusivos de bacterias y eucariotas.
Para lograr este avance, los científicos buscaron el gen que codifica la hidrogenasa (FeFe) en un mapa de genomas de arqueas. Descubrieron que había 2,300 grupos de especies que contenían el gen relacionado con el consumo de hidrógeno. Luego utilizaron la herramienta de inteligencia artificial AlphaFold2 de Google para predecir la estructura de las enzimas codificadas. Finalmente, expresaron la hidrogenasa en una bacteria E. coli para probar su funcionalidad.
“Algunas arqueas tienen las enzimas productoras de hidrógeno más pequeñas de cualquier forma de vida en la Tierra. Esto podría ofrecer soluciones optimizadas para la producción de hidrógeno biológico en entornos industriales”, afirma la Universidad de Monash.
El científico Chris Greening piensa que el descubrimiento de las hidrogenasas en organismos ultrarresistentes tiene aplicaciones importantes para la transición hacia una economía verde. “La industria utiliza valiosos catalizadores químicos para aprovechar el hidrógeno. Sin embargo, sabemos por la naturaleza que los catalizadores biológicos pueden ser muy eficientes y resistentes. ¿Podremos utilizarlos para mejorar nuestra forma de utilizar el hidrógeno?”.