Las microalgas con una biología celular inusual podrían conducir a una mejor comprensión de la proliferación de algas nocivas

Corte transversal de una célula de la microalga Prorocentrum cordatum. El núcleo con los cromosomas está a la derecha. Un solo cloroplasto en forma de barril ocupa el 40 por ciento del volumen celular. Crédito: Carl von Ossietzky-Universität Oldenburg

¿Cuáles son los procesos moleculares en una especie de algas marinas unicelulares que pueden provocar floraciones de algas nocivas? Un equipo de investigación dirigido por el microbiólogo Prof. Dr. Ralf Rabus de la Universidad de Oldenburg (Alemania) ha realizado los primeros análisis detallados de la inusual biología celular de Prorocentrum cordatum, una especie globalmente extendida del grupo de los dinoflagelados, utilizando microscopía y proteómica avanzadas. enfoques.

como el equipo informes En la revista Plant Physiology, el proceso de fotosíntesis de estos microorganismos está organizado en una configuración inusual que puede ayudarlos a adaptarse mejor a las cambiantes condiciones de luz en los océanos. Los resultados del estudio podrían conducir a una mejor comprensión de la incidencia de la proliferación de algas nocivas, que pueden ser cada vez más frecuentes debido al cambio climático.

Los dinoflagelados son organismos importantes en los ecosistemas marinos y de agua dulce. Estos organismos unicelulares constituyen una proporción sustancial del fitoplancton de vida libre, que forma la base de la red alimentaria en océanos y lagos. Algunas especies, incluido Prorocentrum cordatum, pueden proliferar en aguas cálidas y ricas en nutrientes y formar floraciones de algas nocivas.

“Estudiamos este organismo porque, a pesar de su importancia ambiental, su biología celular y su fisiología metabólica aún no se conocen bien”, afirmó Rabus. Además de estudiar la fotosíntesis en las microalgas, los investigadores también examinaron la estructura de sus núcleos celulares y su respuesta al estrés por calor en colaboración con equipos de las universidades de Hannover, Braunschweig y Munich y expusieron sus hallazgos en otros dos artículos publicados recientemente. .

Utilizando un potente microscopio electrónico de barrido con un haz de iones enfocado en la Universidad Ludwig-Maximilians de Munich, el equipo encabezado por Rabus y la autora principal Jana Kalvelage del Instituto de Química y Biología del Medio Marino (ICBM) pudo reconstruir los tres -arquitectura dimensional de los cloroplastos, donde se realiza la fotosíntesis.

Los científicos pudieron generar alrededor de 600 capas de imágenes de una sola célula de alga y luego combinar las secciones para crear una imagen espacial tridimensional de alta resolución de los organismos unicelulares de forma ovalada, que generalmente tienen entre 10 y 20 milésimas. de un milímetro de largo. El análisis reveló que Prorocentrum cordatum tiene un solo cloroplasto en forma de barril que ocupa el 40 por ciento de su volumen celular.

Los análisis proteómicos (proteínas) revelaron entonces marcadas diferencias entre el aparato fotosintético de las microalgas y el de Arabidopsis thaliana, una planta modelo bien estudiada en la investigación genética. En ambas especies, la fotosíntesis tiene lugar en estructuras proteicas complejas incrustadas en el extenso sistema de membranas del cloroplasto.

Sin embargo, en Prorocentrum cordatum el equipo observó que la conversión de la energía solar en energía bioquímica tiene lugar en una única gran estructura formada por numerosas proteínas, conocida como “megacomplejo”, mientras que en los cloroplastos de las especies vegetales se producen los diferentes pasos de la fotosíntesis. en estructuras espacialmente separadas.

El equipo también informó que P. cordatum utiliza una gran cantidad de proteínas de unión a pigmentos diferentes para capturar la energía solar de manera eficiente. “Esta diversidad es una adaptación especial a las cambiantes condiciones de luz a las que está expuesto el organismo en los océanos”, explicó Rabus.

Otros dos estudios publicados el año pasado destacan la biología inusual de las microalgas: en el primero, un equipo germano-australiano del que también formaban parte investigadores del ICBM descubrió que los organismos tienen un genoma muy grande con el doble de pares de bases que el de los humanos. El equipo también descubrió que las algas cambian su metabolismo y su tasa de crecimiento se desacelera en respuesta al estrés por calor.

En un segundo artículo publicado En mSphere, el equipo dirigido por Rabus y Kalvelage describió el núcleo celular con mayor detalle, informando que P. cordatum tiene 62 cromosomas, un número inusualmente alto que llena casi todo el núcleo celular. El equipo observó que actualmente se desconoce la función de una gran proporción de las proteínas nucleares identificadas por los investigadores.

“Hemos investigado cómo funciona esta importante microalga a nivel molecular. Estos hallazgos constituyen la base para una mejor comprensión de su papel en el medio ambiente”, destacó Rabus. Investigaciones futuras podrían proporcionar respuestas a preguntas como cómo reacciona el metabolismo del organismo a otros factores de estrés y por qué la especie es capaz de adaptarse a una gama tan amplia de condiciones ambientales, desde las de los trópicos hasta las de climas templados, explicó.

Más información:
Jana Kalvelage et al, Cloroplasto llamativo con megacomplejo de fotosistema de recolección de luz I/II en Prorocentrum cordatum marino, Fisiología vegetal (2024). DOI: 10.1093/plphys/kiae052

Jana Kalvelage et al, El enigmático núcleo del dinoflagelado marino Prorocentrum cordatum, mSphere (2023). DOI: 10.1128/msphere.00038-23

Proporcionado por la Universidad Carl von Ossietzky de Oldenburg

Citación: Las microalgas con una biología celular inusual podrían conducir a una mejor comprensión de la proliferación de algas nocivas (2024, 5 de marzo) recuperado el 5 de marzo de 2024 de

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2024-03-05 21:28:41
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