Hallazgo inédito de la ciencia: unos investigadores consiguen cultivos sostenibles que fijan su propio nitrógeno

Se podría decir que el nitrógeno es para las plantas lo que la gasolina para los coches. Es la base de su crecimiento, el motor que permite formar hojas, tallos y frutos.

El problema es que ese «combustible» no llega de forma directa desde el aire, sino que se obtiene de manera constante a través de fertilizantes industriales, con un coste ambiental elevado y consecuencias que no siempre se ven.

Hasta ahora, el nitrógeno supone un desgaste para los suelos, un impacto en los ecosistemas y una dependencia química que condiciona toda la cadena alimentaria. La buena noticia es que un estudio científico podría cambiar este modelo y hacerlo autosuficiente.

Descubren cómo una proteína permite a las plantas fijar su propio nitrógeno

El nitrógeno atmosférico es el gas más abundante del aire, pero resulta inútil para la mayoría de los seres vivos. Las plantas sólo lo aprovechan cuando ciertos microorganismos lo transforman en compuestos asimilables. Ese trabajo lo realizan las nitrogenasas, enzimas muy sensibles al oxígeno que llevan a cabo la fijación biológica del nitrógeno.

Para funcionar, estas enzimas necesitan un cofactor metálico complejo. Su ensamblaje exige una secuencia precisa de pasos y la intervención de varias proteínas. Una de las más importantes es NifEN, que actúa como un andamio molecular donde se completa la fase final de construcción del cofactor antes de integrarse en la nitrogenasa activa, conocida como NifDK.

Hasta ahora se sabía qué hacía NifEN, pero no cómo lo hacía. El nuevo estudio, publicado en Nature Chemical Biology, muestra cómo este proceso permite que la propia planta llegue a disponer del nitrógeno que necesita, sin depender de aportes externos. Una idea que parece sencilla, pero que encierra una complejidad biológica enorme.

Cómo llegaron a esta conclusión los investigadores

El trabajo lo ha liderado un equipo internacional del Institut de Biologie Structurale junto al CSIC, con participación del Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas. Para observar el proceso recurrieron a microscopia electrónica criogénica, una técnica que permite congelar las proteínas en pleno funcionamiento y analizarlas con resolución casi atómica.

Las imágenes muestran que NifEN no es una estructura rígida. La proteína se abre y se cierra, cambia de forma y guía al precursor del cofactor desde la superficie hasta una cavidad interna. Es ahí donde se completa su maduración. Este detalle corrige hipótesis anteriores que situaban el proceso en el exterior de la proteína.

Además, el equipo identificó estados intermedios del cofactor en tránsito, una prueba directa de que el ensamblaje ocurre de manera dinámica y controlada. Este comportamiento explica la separación funcional entre NifEN, centrada en construir, y NifDK, dedicada a fijar el nitrógeno.

Por qué este avance sobre el nitrógeno es importante para la agricultura

La mayoría de los cultivos actuales dependen de fertilizantes nitrogenados producidos mediante el proceso Haber-Bosch, que consume grandes cantidades de gas natural. Si una planta logra fijar su propio nitrógeno, esa fábrica deja de ser imprescindible.

Esto tiene efectos directos sobre el clima. La producción y el uso de fertilizantes liberan grandes cantidades de óxido nitroso, un gas con un poder de calentamiento muy superior al del dióxido de carbono. Reducir su uso supone un alivio inmediato para la atmósfera.

También mejora la salud de ríos y océanos. El nitrógeno aplicado en exceso acaba arrastrado por la lluvia y provoca eutrofización, un fenómeno que destruye ecosistemas acuáticos. Una planta autosuficiente utiliza el nitrógeno que necesita, sin pérdidas al entorno.