Los osmoprotectores o solutos compatibles son pequeñas moléculas orgánicas con carga neutra y baja toxicidad en altas concentraciones que actúan como osmolitos y ayudan a los organismos a sobrevivir al estrés osmótico extremo . [1] Los osmoprotectores se pueden clasificar en tres clases químicas: betaínas y moléculas asociadas, azúcares y polioles , y aminoácidos. Estas moléculas se acumulan en las células y equilibran la diferencia osmótica entre el entorno de la célula y el citosol . [2] En las plantas, su acumulación puede aumentar la supervivencia durante situaciones de estrés como la sequía. En casos extremos, como en los rotíferos bdelloides , tardígrados , salmuera y nematodos , estas moléculas pueden permitir que las células sobrevivan estando completamente secas y dejarlas entrar en un estado de animación suspendida llamado criptobiosis . [3]
Las concentraciones de osmoprotector intracelular se regulan en respuesta a condiciones ambientales como la osmolaridad y la temperatura mediante la regulación de factores de transcripción y transportadores específicos . Se ha demostrado que desempeñan un papel protector al mantener la actividad enzimática durante ciclos de congelación y descongelación y a temperaturas más altas. Actualmente se cree que funcionan estabilizando las estructuras proteicas promoviendo la exclusión preferencial de las capas de agua en la superficie de las proteínas hidratadas. Esto favorece la conformación nativa y desplaza las sales inorgánicas que de otro modo provocarían un mal plegamiento. [4]
Los solutos compatibles tienen un papel funcional en la agricultura. En condiciones de alto estrés, como sequía o alta salinidad, las plantas que crean o absorben osmoprotectores de forma natural muestran mayores tasas de supervivencia. Al inducir la expresión o absorción de estas moléculas en cultivos en los que no están presentes de forma natural, se incrementan las áreas en las que se pueden cultivar. Una razón documentada para un mayor crecimiento es la regulación de especies tóxicas reactivas de oxígeno (ROS). En condiciones de alta salinidad, la producción de ROS es estimulada por los fotosistemas de la planta. Los osmoprotectores pueden prevenir las interacciones fotosistema-sal, reduciendo la producción de ROS. Por estas razones, la introducción de vías biosintéticas que dan como resultado la creación de osmoprotectores en cultivos es un área de investigación actual, pero la inducción de la expresión en cantidades significativas actualmente plantea una barrera en esta área de investigación. [5]
Los osmoprotectores también son importantes para el mantenimiento de las poblaciones de bacterias de la superficie del suelo. La desecación de la capa superior del suelo produce un aumento de la salinidad. En estas situaciones, los microbios del suelo aumentan la concentración de estas moléculas en su citoplasma hasta el rango molar, lo que les permite persistir hasta que las condiciones lo aprueben. [2] En casos extremos, los osmoprotectores permiten que las células entren en criptobiosis. En este estado, el citosol y los osmoprotectores se convierten en un sólido parecido al vidrio que ayuda a estabilizar las proteínas y las membranas celulares de los efectos dañinos de la desecación. [6]
Los osmoprotectores regulan la expresión genética en respuesta a la osmolaridad ambiental, ya que los solutos compatibles, incluso en pequeñas concentraciones, afectan la expresión genética, desde inducir la producción de solutos más compatibles hasta regular componentes involucrados en la infección, como la fosfolipasa C en Pseudomonas aeruginosa . [7]