Investigadores de la Universidad de Cornell han hecho un hallazgo significativo en el estudio de los microorganismos, específicamente de las arqueas oxidantes de amoníaco (AOA), que son uno de los tipos de microorganismos más abundantes en la Tierra. Estos organismos tienen la capacidad de producir óxido nitroso, un gas de efecto invernadero muy potente y duradero, lo que plantea nuevas interrogantes sobre su papel en el cambio climático.
Las AOA se encuentran en diversos entornos, incluyendo suelos, aguas, ambientes extremos e incluso en la piel humana. Comprender sus procesos químicos es crucial para dilucidar la química que subyace al cambio climático, según afirma Kyle Lancaster, profesor de química y biología química en la Facultad de Artes y Ciencias de Cornell. «Esta química parece ser un costo inherente para las AOA», señala Lancaster. «Al igual que los humanos consumen azúcar y exhalan dióxido de carbono, estos organismos emiten óxido nitroso, lo que debemos tener en cuenta ante la creciente adición de nitrógeno en los ecosistemas.»
El óxido nitroso representa aproximadamente el 6% de las emisiones de gases de efecto invernadero derivadas de actividades humanas, en contraste con el 80% que corresponde al dióxido de carbono, según la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos. Aunque no se pueden mitigar las emisiones de óxido nitroso que se producen de manera natural por las AOA, Lancaster sostiene que conocer el mecanismo de su producción es fundamental para entender la química climática global y preparar el camino para futuras investigaciones.
Producción enzimática de óxido nitroso
El estudio, titulado «Producción de óxido nitroso a través de nitroxilo enzimático de la arquea nitrificante Nitrosopumilus maritimus», fue publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences. El candidato doctoral Robert Voland es el autor principal del artículo, con contribuciones de Héctor Abruña y Hongsen Wang. Los nitrificadores, que incluyen tanto AOA como bacterias oxidantes de amoníaco (AOB), obtienen su energía al oxidar amoníaco, impulsando transformaciones clave en el ciclo del nitrógeno y desempeñando un papel esencial en los ecosistemas, a pesar de que muchos productos y subproductos de su metabolismo son contaminantes ambientales, como el óxido nitroso.
Los investigadores identificaron una enzima única, denominada Nmar_1354, que es estructural y genéticamente exclusiva de las AOA. Esta enzima, un tipo de oxidasa de multicobre, convierte el hidroxilamina, un metabolito de las AOA, en nitroxilo, una molécula extremadamente reactiva. Este proceso culmina en la formación de óxido nitroso y nitrógeno gaseoso, el componente más abundante de la atmósfera terrestre. Este hallazgo no solo explica cómo las AOA producen óxido nitroso, sino que también revela el mecanismo de formación del enigmático nitroxilo.
El nitroxilo es de gran interés para los científicos debido a su reactividad, aunque esto también presenta desafíos en su estudio. Además, las AOA crecen lentamente, no alcanzan densidades celulares elevadas y son difíciles de cultivar en laboratorio. Abruña y Wang utilizaron instrumentos especializados para detectar pequeñas moléculas mediante espectrometría de masas, una herramienta clave en química, aunque a veces complicada para detectar moléculas de bajo peso.
Existen debates en la comunidad de ecología microbiana sobre el origen del óxido nitroso de las AOA y AOB, con algunos científicos argumentando que estas reacciones podrían ocurrir de manera abiótica, sin la intervención de enzimas. Lancaster defiende la postura opuesta, afirmando que dado que la enzima y los sustratos están presentes y la reacción ocurre, debe haber una contribución enzimática en el proceso. «Podemos discutir sobre esto, porque la enzima está ahí, los sustratos están ahí, y la reacción se lleva a cabo», concluye.
