Los Dres. Francisco Leganés Nieto y Francisca Fernández-Piñas del grupo Cianobacterias-UAM (Departamento de Biología, Universidad Autónoma de Madrid) en colaboración con el Prof. Karl Forchhammer de la Universität Túbingen han publicado recientemente en la revista Microbiology (2009, 155: 25-34) un artículo titulado “Role of calcium in acclimation of the cyanobacterium Synechococcus elongatus PCC 7942 to nitrogen starvation”.
Este trabajo es continuación de otros anteriores del mismo grupo en los que se plantea la hipótesis de una señalización mediada por calcio en cianobacterias; se comenzó esta línea de trabajo con una cianobacteria capaz de diferenciar heterocistos, células especializadas en la fijación de nitrógeno molecular cuando desaparecen las fuentes de nitrógeno combinado del medio; se construyó una cepa recombinante de esta cianobacteria, denominada Anabaena sp. PCC 7120 que expresaba el indicador intracelular de calcio ecuorina; esta proteína cuando une calcio emite luminiscencia.

Con esta cepa se pudo demostrar que distintos estreses ambientales inducían señales de calcio libre intracelular que eran específicas y características para cada uno de esos estreses (“firmas de calcio”); uno de los estreses analizados fue la deficiencia en nitrógeno combinado que en esta cepa en concreto lleva a la diferenciación de heterocistos para poder fijar el N2; los investigadores demostraron por primera vez que una firma de calcio se requiere para el proceso de diferenciación ya que si esta firma se suprime o se modifica, el proceso de diferenciación no tiene lugar. A raíz de estos resultados se planteó la pregunta de si la firma de calcio encontrada se requería sólo en aquellas cianobacterias capaces de diferenciar heterocistos o era un requerimiento más general en respuesta a la deficiencia de un nutriente fundamental como es el nitrógeno; por ello, en el artículo recientemente publicado se ha trabajado con una cianobacteria unicelular, Synechococcus elongatus, que no fija N2 pero desarrolla un complejo proceso de aclimatación a la deficiencia de nitrógeno en el medio.

El estudio con esta especie demuestra que se induce una firma o señal de calcio muy similar a la encontrada en Anabaena en deficiencia de N; lo más interesante es que la misma señal se produce en presencia de nitrógeno combinado cuando se le añade al medio 2-cetoglutarato o análogos no metabolizables de esta molécula; en cianobacterias, el 2-cetoglutarato es el esqueleto carbonado sobre el que se fija el nitrógeno y su concentración intracelular refleja la relación N/C de la célula. Tanto la proteína señalizadora PII (codificada por glnB) como el regulador transcripcional del metabolismo del nitrógeno NtcA responden a cambios en la concentración intracelular de 2-cetoglutarato; de hecho ambas proteínas se precisan para la inducción de la firma de calcio ya que cepas mutantes de PII y NtcA no muestran la señal de calcio en respuesta a deficiencia de N. La supresión de la firma de calcio en Synechococcus inhibe la expresión de genes clave implicados en el proceso de aclimatación a la deficiencia de N y que se regulan por NtcA como glnB, glnN que codifica una glutamina sintetasa específica del proceso de aclimatación y nblA que está implicado en la degradación de la mayor reserva de N en cianobacterias, las ficobiliproteínas.

Los resultados sugieren que la señal de calcio, actuando probablemente en sinergia con los niveles elevados de 2-cetoglutarato que se producen en deficiencia de nitrógeno combinado, puede percibir un desequilibrio en la relación C/N que puede facilitar la activación transcripcional dependiente de NtcA y que es necesaria para que la célula se aclimate a la deficiencia de este nutriente.