Nitrogenoa arnas dezaketen landareak
Etengabe hazten ari den giza populazioak nekazaritzaren produkzio-erritmoak eraldatu ditu azken mendeetan zehar. XX. mendearen hasieran Fritz Haber ikertzaile alemaniarrak garatutako prozesuak ahalbidetu du, neurri handi batean, hori horrela izatea; izan ere, laboreek hazteko ezinbestekoa dute nitrogenoa, eta egun erabiltzen diren ongarrien % 60k prozesu horren bitartez lortzen dute nitrogeno atmosferikoa erauztea. Hala ere, giza populazioak hazten jarraitzen du, eta, ongarriengan dugun mendekotasuna ekiditeko, ikertzaileak estrategia jasangarrien bila dabiltza. Nature Chemical Biologyn argitaratutako artikulu batek prozesu molekular bat aurkeztu du, nitrogenoa arnasteko gaitasuna duten landareak garatzeko giltzarri izan daitekeena.
Fritz Haber ikertzaile alemaniarra izan zen nitrogeno atmosferikoa erauzi zuen lehen gizakia. 1907. urtean gertatu zen, eta amoniakoa sintetizatzen zuen erreakzio horrek garaiko gosetearekin amaitu zuen. Izan ere, Haberrek lortutako aurkikuntzari esker bikoiztu egin zen munduan eskuragarri dugun nitrogeno kantitatea; ondorioz, orain gure gorputzean dugun nitrogeno atomoen erdiak jatorri artifiziala du. Horregatik, ikertzaile alemaniarrak garatutako prozesua XX. mendeko aurkikuntza kimiko garrantzitsutzat jotzen da, eta gaur egungo laborantzak mantentzen dituzten ongarrien oinarri izaten jarraitzen du.
Nitrogeno atmosferikoa gas geldoa da munduko izaki bizidun gehienontzat. Hau da, bizi-euskarri den elementu hori ezin dugu zuzenean erabili. Horregatik, nitrogenoaren ziklo biokimikoan bereziki garrantzitsua da gure planetako bizitzari eusteko mikroorganismo prokariotoek (bakterioek eta arkek) betetzen duten zeregina. Izaki bizidun horiek, nitrogenasa deituriko proteina konplexuen bitartez, nitrogenoaren finkapen biologikoa gauzatzen dute. Prozesu horretan, proteinek gaitasuna dute energia handiko lotura kimikoa duen N2 nitrogeno atmosferikoa erreduzitu eta amoniako molekula bihurtzeko.
Baina nitrogenasek egitura molekular konplexu baten beharra dute beren funtzioa burutzeko, eta egitura hori eraikitzeko proteina bat da giltzarri: IfzEN proteina. Proteina horrek, nitrogenasara sartu aurretik, egitura konplexu molekularraren mihiztaduraren azken etapak osatzen laguntzen du. Orain arte, ezezaguna zen IFzEN proteinak nitrogenoaren finkapen biologikoa gauzatzea ahalbidetzen duen egitura-oinarria eratzen zuela. Oraintsu, IBSko Yvain Nicolet eta Mickaël Cherrier eta CBGPko Luis Rubio ikertzaileek, Nature Chemical Biology aldizkarian argitaratutako ikerketa batean, erakutsi dute IfzEN osagaiak nola betetzen duen zeregin hori. Aurkikuntza horrek ongarri sintetikoekiko mendekotasun txikiagoa duen nekazaritza jasangarriago batera hurbiltzen gaitu.
Egitura molekular dinamikoa
Egitura molekularra aztertzeko, ikertzaileek cryo-EM deituriko teknologia erabili zuten. Teknika horren bitartez, zientzialariek egitura molekularraren erresoluzio handiko argazkiak lortu zituzten eskala atomikoan. «Orientazio ezberdina duten horrelako milaka irudi erabiliz, egitura molekular konplexuaren hiru dimentsioko berreraikuntza sortu genuen», dio artikuluaren lehen egile den Lucía Payák. Hiru dimentsioko irudi horrek prozesu dinamiko harrigarria erakusten zuen: IfzEN aldamio-proteina ireki eta itxi egiten da. Proteinak uhate baten moduan jarduten du, non proteinaren zati batzuk mugitu eta berrantolatu egiten baitira, aitzindariaren mugimendua errazteko gainazaletik haren barne-barrunberaino.
Ondorio hori lortzeko, zientzialariek bi kokalekuen artean iragaitzazko aitzindaria erakusten duten proteinaren tarteko egoerak aurkitu zituzten argazki atomikoetan. «Aurkikuntza honek erakusten duenez, baliteke aitzindariaren eraldaketa ez gertatzea proteinaren gainazalean, aurretik iradoki zen bezala, baizik eta haren barne-barrunbean», nabarmendu du Luis Rubiok.
Nitrogenoa finkatzeko gai diren laborantzak
Ikerketak, nitrogenasaren egitura molekular konplexuaren biosintesiaren ulermena argitzeaz gain, prozesu horretan parte hartzen duten bi proteinaren —IfzEN (egitura molekular konplexuaren eraikuntzan espezializatua) eta IfzDK (nitrogenoaren finkapenean espezializatua)— arteko banaketa ebolutiboa aurkezten du. Proteina horien garapen ebolutiboa ezagutzeak aukera ematen die ikertzaileei berez proteina hori ez duten izaki bizidunen oinarrizko egitura biologikoetan (zelula eukariotoetan) erreproduzitzeko; «ikerketaren helburu nagusia da landare-zelula batean nitrogenasa funtzional bat izatea», dio Payák.
2023an FAOk (Elikadura eta Nekazaritzarako Nazio Batuen Erakundeak) argitaratutako estatistika batean ikusten da munduko nekazaritzak urte horretan 112 tona ongarri nitrogenatu sintetiko erabili zituela. Ikerketa berri honek ahalbidetu dezake landare-zeluletan nitrogenasa guztiz funtzionala mihiztatzea, eta beren nitrogenoa finkatzeko gai diren landareak lortzea; era berean, aukera irekitzen du ongarri sintetikoekiko mendekotasun txikiagoa duen nekazaritza jasangarriagoa garatzeko.
Erreferentzia bibliografikoa:
Payá Tormo, Lucía; Nguyen, Tu-Quynh; Fyfe, Cameron; Basbous, Hind; Dobrzyńska, Katarzyna; Echavarri-Erasun, Carlos; Martin, Lydie; Caserta, Giorgio; Legrand, Pierre; Thorn, Andrea; Amara, Patricia; Schoehn, Guy; Cherrier, Mickaël V.; Rubio, Luis M.; Nicolet, Yvain (2025). Dynamics driving the precursor in NifEN scaffold during nitrogenase FeMo-cofactor assembly. Nature Chemical Biology, 1–9. DOI: 10.1038/s41589-025-02070-4
Egileaz:
Oxel Urra Elektrokimikan doktorea da, zientziaren eta artea uztartzen duten proiektuetan aditua, egun zientzia-komunikatzailea da.