Un equipo internacional de científicos ha revelado que las arqueas, una de las tres formas de vida junto a bacterias y eucariotas, han estado utilizando el hidrógeno como fuente de energía mediante enzimas «ultraminimales» durante miles de millones de años. El estudio fue publicado en la revista Cell.

Este hallazgo destaca cómo estos organismos unicelulares, que carecen de estructuras internas delimitadas por membranas, han desarrollado mecanismos avanzados para sobrevivir en algunos de los ambientes más hostiles de la Tierra. 

Arqueas productoras de hidrógeno 

La investigación, liderada por el microbiólogo Pok Man Leung de la Universidad de Monash en Australia, identificó que al menos nueve filos de arqueas producen gas hidrógeno utilizando enzimas previamente asociadas únicamente con los otros dos dominios de la vida. 

Estas enzimas no solo son las más pequeñas comparadas con las de bacterias y eucariotas, sino también las más complejas caracterizadas hasta ahora.

«Los humanos han comenzado recientemente a considerar el hidrógeno como una fuente de energía, pero las arqueas llevan haciéndolo miles de millones de años», afirmó Leung. Este descubrimiento ofrece a los biotecnólogos la oportunidad de inspirarse en las arqueas para la producción industrial de hidrógeno.

El hidrógeno es el elemento más abundante en el universo y su futuro en la energía y la fabricación de acero podría lograrse sin emisiones si se utiliza energía renovable para convertir materiales como el agua en gas hidrógeno. 

Las arqueas producen y liberan hidrógeno principalmente para deshacerse de los electrones excedentes generados durante la fermentación, un proceso de extracción de energía de carbohidratos sin oxígeno. 

El estudio 

Las enzimas responsables de consumir o producir hidrógeno, conocidas como hidrogenasas, fueron estudiadas por primera vez a fondo hace solo ocho años. 

Desde entonces, el número de especies microbianas conocidas ha aumentado significativamente, especialmente las arqueas, que suelen habitar en entornos extremos como manantiales calientes, volcanes y respiraderos hidrotermales.

Muchas arqueas son conocidas solo a partir de fragmentos de su código genético y no han sido cultivadas en laboratorio debido a la dificultad. Por eso, el equipo utilizó la inteligencia artificial AlphaFold2 de Google para predecir la estructura de las hidrogenasas codificadas en más de 2,300 especies de arqueas. Luego, expresaron estas enzimas en bacterias E. coli para confirmar su funcionalidad.

«Nuestro hallazgo nos acerca a entender cómo este proceso crucial dio origen a todos los eucariotas, incluidos los humanos», comentó Leung. Los eucariotas surgieron de la unión de una arquea anaerobia y una bacteria hace miles de millones de años, y un segundo evento endosimbiótico posterior dio lugar a las plantas.

Los investigadores descubrieron que las arqueas ensamblan complejos híbridos notables para la producción de hidrógeno, fusionando dos tipos de hidrogenasas. Este descubrimiento revela nuevas adaptaciones metabólicas de las arqueas, catalizadores de hidrógeno optimizados para el desarrollo biotecnológico y una historia evolutiva sorprendentemente entrelazada entre los dos principales tipos de hidrogenasas.

Aunque los genomas de arqueas analizados en este estudio están incompletos, se espera que estos organismos escondan otros métodos ingeniosos de generación de energía que aún no hemos descubierto.