Utilización de glucosa por Prochlorococcus: caracterización del transportador Pro 1404 y efectos metabólicos

Abstract

Prochlorococcus is responsible for a significant part of CO2 fixation in the ocean. It was long considered an autotrophic cyanobacterium, but our group has shown in laboratory experiments that Prochlorococcus can take up glucose like a heterotrophic organism. However, the mechanisms of glucose uptake and its occurrence in the ocean have not been shown. Here we report that the gene melB confers capability for glucose uptake in P. marinus SS120. We utilized a cyanobacterium unable to take up glucose to engineer strains that express the melB gene. These were capable of specific glucose uptake over a wide range of glucose concentrations, showing multiphasic transport kinetics. The Ks constant of the high affinity phase was in the nanomolar range, consistent with the average concentration of glucose in the ocean. Furthermore, we were able to observe glucose uptake by Prochlorococcus in the Atlantic Ocean, where glucose concentrations were 0.5-2.7 nM. Therefore Prochlorococcus is a photoheterotrophic organism, taking up not only organic compounds with essential elements, but also molecules devoid of such elements, like glucose. The biogeochemical implications of this finding for the carbon cycle are far reaching, given the global importance of Prochlorococcus; they could significantly change the consideration of these cyanobacteria to photoheterotrophs enabled to tune their trophic behavior depending on the circumstances.

Prochlorococcus es el responsable de una parte significativa de la fijación de CO2 en el océano. Durante mucho tiempo ha sido considerada una cianobacteria autotrófica, sin embargo estudios previos de nuestro grupo demostraron la capacidad que tiene Prochlorococcus de transportar glucosa como un organismo heterótrofo. No obstante, tanto los mecanismos de transporte de glucosa como el transporte de glucosa en poblaciones naturales de Prochlorococcus no se habían mostrado. En este trabajo hemos demostrado la capacidad del gen melB de transportar glucosa en la estirpe SS120. Para ello, utilizamos una estirpe incapaz de transportar glucosa en la que clonamos el gen melB. Las estirpes recombinantes fueron capaces de transportar glucosa con un amplio rango de concentraciones, mostrando una cinética multifásica. La constante Ks de alta afinidad está en un rango de nanomolar, consistente con las concentraciones que existen en el océano. Además, en este trabajo hemos demostrado la capacidad de Prochlorococcus de transportar glucosa en el Océano Atlántico, donde las concentraciones de glucosa fueron 0,5-2,7 nM. Por tanto, Prochlorococcus es un organismo fotoheterotrófico, transportando no sólo compuestos orgánicos con elementos esenciales, sino también moléculas desprovistas de tales elementos, como la glucosa. Las implicaciones biogeoquímicas de este hallazgo para el ciclo del carbono son de gran alcance teniendo en cuenta la abundancia global de Prochlorococcus y la posibilidad de cambiar su comportamiento trófico dependiendo de las circunstancias.