Água potável contaminada com arsênico é um grande perigo para a saúde, com exposição crônica que causa doenças e câncer. A Organização Mundial da Saúde estima que em Bangladesh, por exemplo, mais de 5 milhões de pessoas foram expostas a água potável contaminada com arsênico em 2009. Freqüentemente, o arsênico é liberado na água por micróbios que respiram, ou respire, compostos contendo arsênio. Os pesquisadores da Caltech já determinaram a estrutura da enzima bacteriana que permite a respiração com arsênio. O trabalho é um passo importante para prever as influências biológicas na mobilização de arsênio no meio ambiente.

O trabalho foi feito no laboratório de Dianne Newman, o Gordon M. Binder / Professor Amgen de Biologia e Geobiologia, o Presidente de Liderança Allen V. C. Davis e Lenabelle Davis do Centro de Interações Microbianas Ambientais da Caltech, e diretor executivo de biologia molecular. Aparece em um artigo na edição de 13 de agosto da Proceedings of the National Academy of Sciences .

Entre os compostos tóxicos contendo arsênio que contaminam a água potável estão os arsenatos. Esses compostos são comumente encontrados associados a minerais de ferro em ambientes sedimentares. Neste formulário, arsenatos provavelmente não se dissolvem nas águas subterrâneas que fluem por esses depósitos geológicos. Quando as bactérias nesses ambientes ficam sem oxigênio, eles podem entrar em um modo anaeróbico e se transformar em arseniato respiratório. Ao fazer isso, os micróbios transformam o arseniato em arsenito, um composto semelhante que é muito mais solúvel em água. Muitos tipos diferentes de bactérias têm essa capacidade, a chave para a qual está uma proteína específica chamada complexo enzimático Arr.

Uma equipe internacional de pesquisadores liderada pelo ex-aluno de graduação do Caltech Nathaniel Glasser (Ph.D. '17) já determinou a estrutura física da enzima e as localizações moleculares precisas onde interage quimicamente com o arseniato.

Proteínas como o complexo Arr são tão pequenas que não podem ser vistas com um microscópio óptico. Assim, a equipe Caltech recorreu a uma técnica chamada difração de raios-X para revelar a estrutura da enzima. Descobrir exatamente como esta enzima está estruturada é importante para compreender suas funções específicas, particularmente porque existem proteínas semelhantes que interagem com compostos de arsênio de maneiras diferentes. Adicionalmente, Glasser foi capaz de examinar a enzima produzida pela bactéria Shewanella - micróbios que realmente realizam a respiração de arseniato no ambiente - em vez de no organismo comumente usado em laboratório para a expressão de proteínas bacterianas, Escherichia coli (E. coli). Embora o E. colican respire com arseniato e expresse o complexo da enzima Arr, Shewanellacan produz proteína muito mais ativa.

A razão pela qual o arsenato é tóxico para os humanos é porque ele é quimicamente semelhante ao fosfato, um composto necessário para as células produzirem ATP, a moeda de energia da célula. Se houver muito arseniato presente, a célula começa a absorver isso em vez de fosfato, destruindo a capacidade da célula de produzir ATP. Neste estudo, Glasser e seus colegas mediram a atividade da enzima Arr na presença de diferentes níveis de fosfato.

"Ao contrário do que se poderia esperar, o fosfato provavelmente estimula a respiração do arseniato em vez de inibi-lo em ambientes sedimentares típicos em contato com as águas subterrâneas. Saber a rapidez com que essa enzima funciona em condições ambientalmente relevantes nos leva um passo mais perto de sermos capazes de prever quantas bactérias podem estar mobilizando arsênico para a água potável em certos locais, "diz Newman." Esta pesquisa não vai resolver a crise em Bangladesh, mas ter um melhor controle quantitativo do que está acontecendo é útil para resolver praticamente qualquer problema, e particularmente importante ao lidar com um problema ambiental complexo, onde muitos fatores estão envolvidos. Este trabalho fornece informações úteis sobre uma enzima que, até onde sabemos, é encontrado em cada bactéria que respira arseniato. "

O artigo é intitulado "A análise estrutural e mecanística da redutase respiratória do arseniato fornece uma visão sobre as transformações ambientais do arsênio."