La causa selectiva de una antigua adaptación

Área de la Ciencia:

• La bioquímica es la bioquímica.
• Biología evolutiva Biología evolutiva.
• Metabolismo microbiano El metabolismo microbiano.

Sus antecedentes:

• La dependencia del cofactor de las enzimas metabólicas clave proporciona información sobre la historia evolutiva.
• La isocitrato deshidrogenasa (IDH) existe en formas dependientes de NAD y dependientes de NADP, con funciones distintas en procariotas y eucariotas.
• El origen evolutivo del IDH dependiente de NADP en procariotas coincide con el surgimiento de las mitocondrias eucariotas.

Objetivo del estudio:

• Investigar el origen evolutivo y el significado funcional de la isocitrato deshidrogenasa (IDH) procariótica dependiente de NADP.
• Para determinar las presiones selectivas que favorecen a la IDH dependiente de NADP en el metabolismo procariótico, particularmente durante el crecimiento en acetato.

Principales métodos:

• Análisis filogenético de la evolución de la IDH y uso de cofactores.
• Ingeniería genética de Escherichia coli para reemplazar el IDH dependiente de NADP de tipo salvaje con una variante ancestral dependiente de NAD.
• Los ensayos de crecimiento competitivo utilizan cepas de E. coli modificadas bajo diferentes condiciones metabólicas, incluida la utilización de acetato y el agotamiento de fuentes alternativas de NADP reducido.

Principales resultados:

• El análisis filogenético sugiere que el IDH dependiente de NADP surgió hace unos 3.500 millones de años, coincidiendo con la aparición de las mitocondrias.
• El IDH diseñado dependiente de NAD confirió una desventaja competitiva, especialmente cuando se eliminaron fuentes alternativas de fosfato de nicotinamida adenina dinucleótido reducido (NADP).
• Las encuestas genómicas revelaron una fuerte correlación: los procariotas que utilizan acetato a través de la liasa isocitrato poseen exclusivamente IDH dependiente de NADP, mientras que aquellos con solo IDH dependiente de NAD carecen de liasa isocitrato.

Conclusiones:

• La dependencia de NADP del IDH procariótico es una adaptación antigua, no simplemente una reliquia.
• Esta adaptación está específicamente relacionada con satisfacer la demanda anabólica de NADP reducido durante el crecimiento en acetato.
• La trayectoria evolutiva de la preferencia del cofactor IDH está entrelazada con las estrategias metabólicas microbianas y la evolución temprana de la respiración celular.