Investigación

El grupo tiene cuatro líneas fundamentales de trabajo aunque todas ellas se interrelacionan entre si.

1. Regulación del metabolismo del nitrógeno.

Esta línea está en la génesis del propio grupo de trabajo. El grupo ha sido pionero en el estudio del proceso de asimilación del amonio, aislando y caracterizando los genes y las correspondientes proteínas, especialmente en la cianobacteria modelo Synechocystis sp. PCC 6803. Se ha caracterizado ampliamente el mecanismo de regulación de la expresión de las glutamina sintetasas de tipo I y III (esta última fue identificada por primera vez en cianobacterias en nuestro grupo). También hemos descubierto un nuevo mecanismo de regulación postraduccional de la GSI, estableciendo un nuevo modelo de regulación de la glutamina sintetasa mediado por interacción proteína-proteína. Además, utilizando herramientas genéticas y bioquímicas hemos identificado el 2-oxoglutarato como el metabolito indicador en la percepción del estado nitrogenado en cianobacterias.

En la actualidad estamos profundizando en el análisis de las relaciones estructura-función de la interacción de la glutamina sintetasa (GSI) y los factores inactivantes (IFs).

2. Interacción del estado redox con el metabolismo del nitrógeno y del carbono.

Nuestro grupo ha sido pionero en el estudio de los sistemas redox celulares, en especial el sistema tiorredoxina. Utilizando aproximaciones proteómicas hemos identificado dianas del sistema tiorredoxina tanto in vitro como in vivo. Estos datos indican que las rutas de fijación de CO₂ y de almacenamiento de éste en forma de glucógeno están reguladas por los sistemas redox. Por otro lado, existen resultados en nuestro grupo que indican que los genes de los factores inactivantes de la glutamina sintetasa de tipo I (codificados por los genes gifA y gifB) se inducen por diversos tratamientos que provocan estrés oxidativo, como el tratamiento con H₂O₂. Estos genes se encuentran bajo el control transcripcional de NtcA, el regulador global del metabolismo del N en cianobacterias, lo que sugiere que la actividad de NtcA debe alterarse de algún modo durante el estres oxidativo. Parte de nuestro interés en este objetivo es establecer la conexión redox con el metabolismo del nitrógeno y del carbono.

3. Metales pesados y expresión global.

Otra de las líneas en el grupo estudia la regulación de la expresión génica mediada por la presencia de metales en el medio. Hemos identificado genes implicados en la detección y resistencia a cobre, níquel, cobalto y arsénico. Estos metales contribuyen a alterar el estado redox celular cuando se encuentran en exceso (o a cualquier concentración en el caso del arsénico), de ahí que la célula no tenga prácticamente en el citosol metales libres. Esta línea de investigación intenta dilucidar los procesos que se ven afectados por exceso de metales así como las respuestas celulares al estrés producido por estos. Puesto que poseemos mutantes afectados en la detección y respuesta a los distintos metales esto nos permitirá determinar que repuestas son especificas para un metal y cuales son debidas al estrés redox provocado por el exceso de estos. Estudios preliminares utilizando micromatrices muestran que unos 200 genes ven alterada de forma significativa su expresión en respuesta a la presencia de arseniato en el medio.

4. Aplicaciones biotecnológicas de las cianobacterias.

Estos proyectos de vocación claramente aplicada se benefician del profundo conocimiento que el grupo ha acumulado sobre el metabolismo del carbono y el nitrógeno así como de la amplia experiencia en la biología molecular de las cianobacterias. En este contexto nuestro grupo de investigación está implicado en el uso de las cianobacterias para la producción de biocombustibles vía la mejora genética de estos organismos. En la actualidad estamos desarrollando diversas líneas de investigación:

-Producción de etanol en Synechocytis sp. PCC 6803.

-Canalización de CO₂ fijado al incremento de la producción de etanol.

-Incremento de la producción de compuestos carbonados de alto valor energético: polisacáridos y ácidos grasos.