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17 enero 2019

Nuevas plantas con “superpoderes”

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Los últimos y vertiginosos avances en ingeniería genética y la irrupción de una nueva y revolucionaria disciplina, la nanobiónica vegetal, nos plantan ante un futuro a corto plazo con especies vegetales diseñadas en el laboratorio. Y no sólo para maximizar sus propiedades nutricionales o su adaptabilidad y resistencia a diferentes entornos y condiciones climáticas, también son capaces de desarrollar funciones y aplicaciones ajenas a su naturaleza, como purificar el ambiente, iluminar la vía pública y el interior de las viviendas, o detectar explosivos y amenazas terroristas.

Plantas de interior que purifican el aire

Durante el pasado mes de diciembre, investigadores de la Universidad de Washington daban a conocer su éxito en la creación de estas plantas purificadoras, gracias a la ingeniería genética.

En concreto, se trata de una versión modificada genéticamente de la popular planta de interior potos o photos (Epipremnum aureum), capaz de eliminar el cloroformo y el benceno (dos compuestos cancerígenos). Y el logro se ha alcanzado tras desarrollar una versión de gen artificial que codifica el citocromo P4502E1, una proteína que se produce de forma natural en el hígado de los mamíferos y que permite la degradación de los citados compuestos.

Investigadores de la Universidad de Washington han modificado genéticamente una planta potos para que elimine el cloroformo y el benzeno del aire. Crédito: Mark Stone/University of Washington

El gen artificial fue introducido en el material genético de la planta para que estuviese presente en las células de las hojas. Y tras esto se constató que los nuevos ejemplares reducían la concentración en el aire del benceno y el cloroformo en más un de 75%.

Este ha sido sólo el primer paso, pues el objetivo es crear una batería de plantas de interior capaces de eliminar los distintos contaminantes en el aire para que estar en casa sea lo más parecido a respirar aire puro. De hecho, ya están trabajando en la introducción de un gen sintético que codifica una proteína que degrada el formaldehído, otro sospechoso habitual que está presente en el humo del tabaco o en multitud de objetos fabricados en madera —desde los muebles hasta el laminado del suelo—.

Plantas para detectar amenazas terroristas

La nanobiónica vegetal es una nueva y revolucionaria disciplina que se basa en la introducción de nanoestructuras en las plantas con el fin de dotarlas de capacidades y funciones extra que no presentan en la naturaleza. El principal exponente de esta disciplina es el grupo de ingeniería liderado por Michael Strano en el MIT, que en 2016 obtuvo espinacas que podían detectar la presencia de sustancias explosivas en su entorno.

Para lograrlo, introdujeron en las hojas de las plantas nanotubos de carbono recubiertos de un polímero que se une a compuestos habitualmente presentes en los explosivos, como derivados nitroaromáticos. De este modo, cuando uno de estos compuestos alcanza las hojas, ya sea a través de sus estomas —los poros por los que las hojas “respiran”— o por las raíces, se enlazan con el polímero y provocan una fluorescencia que al ser detectada activa la alarma.

Y además de los explosivos, en los laboratorios del MIT han diseñado nanotubos y polímeros capaces de detectar una amplia variedad de compuestos peligrosos: sustancias tóxicas y venenosas como el peróxido de hidrógeno o el gas sarín. Y se perfila un futuro próximo donde los setos o los maceteros de los espacios públicos —como plazas, aeropuertos, estaciones de metro y tren— puedan monitorizar y detectar esta clase de amenazas.

Plantas bioluminiscentes para alumbrar las ciudades

La bioluminiscencia es un proceso por el cual algunos organismos —desde bacterias y hongos hasta peces y luciérnagas— son capaces de producir luz a través de una reacción química en el interior de sus células. Consiste en la oxidación de un compuesto que dichos organismos producen, la luciferina, por intermediación de la enzima luciferasa. Recientemente, un equipo internacional ha conseguido identificar los tres genes que permiten a esos organismos sintetizar la luciferina.

Gracias a este descubrimiento, los investigadores han podido insertar esta terna de genes, así como el gen que codifica la enzima luciferina, en el material genético de organismos no luminosos para conseguir que lo fuesen. En palabras de uno de los responsables del trabajo, “este descubrimiento puede conducir a escenarios de ciencia-ficción en los que se cultiven árboles bioluminiscentes que reemplacen a las farolas y las luces de las calles… aunque deberán pasar varios años para conseguirlo”.

Este escenario de ciencia-ficción ya había sido anticipado apenas un año antes por los ingenieros del MIT, que fueron capaces de crear plantas que emitían luz recurriendo a la nanobiónica: con la introducción de nanopartículas diseñadas a tal efecto en las hojas. En concreto, crearon dos tipos de nanopartículas que contenían respectivamente luciferasa y luciferina y que, una vez en el interior de la planta, las liberaban para mimetizar la bioluminiscencia natural. El propósito era crear plantas que ejerciesen como fuente de iluminación doméstica.

Habichuelas mágicas que no son un cuento

Como en el cuento de las habichuelas mágicas, un grupo de investigadores estadounidenses ha conseguido acelerar el crecimiento de las plantas. A través de la aplicación de ingeniería genética, han diseñado un método de fotosíntesis “mejorada” que aumenta la productividad de los cultivos.

Para desarrollar su método de fotosíntesis “mejorada”, los investigadores estadounidenses trabajaron con la planta del tabaco. Crédito: Pixabay

Pese a que la fotosíntesis es uno de los procesos más increíbles y exitosos de la naturaleza —permite el crecimiento de las plantas a partir de unos pocos nutrientes y la energía del sol—, no es perfecta. Una de sus principales limitaciones es que la enzima que cataliza la conversión de CO2 (y agua) en azúcares no es capaz de distinguir entre esa molécula y la de oxígeno. En consecuencia, 2 de cada 10 veces se une a éste último y genera un compuesto tóxico para la planta que se debe reciclar a través de la fotorrespiración. Como todo proceso metabólico, requiere un consumo energético y de recursos que la planta deja de invertir en la fotosíntesis.

Tal y como lo explican los autores del estudio, “se podría alimentar a 200 millones de personas más solamente con las calorías que se pierden con la fotorrespiración en los cultivo del medio oeste americano cada año”. Con esto mente, los investigadores consiguieron obtener una variante GM del tabaco con un proceso de fotorrespiración mejorado que minimiza su gasto. Esto se traduce en plantas que crecen hasta un 40% más que sus congéneres naturales. Y ahora están tratando de trasladar esta modificación a algunos de los cultivos más extendidos, como la patata, la soja o el arroz.

Miguel Barral

@migbarral

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