La película Avatar evoca un mundo imaginario de exuberantes selvas bioluminiscentes. Ahora, la fascinación popular por el follaje resplandeciente y sostenible se está logrando a través de los avances en genética de diseñadores.
por MRC London Institute of Medical Sciences
Esta semana en Nature Biotechnology , los científicos han anunciado la viabilidad de crear plantas que produzcan su propia luminiscencia visible.
Los científicos revelaron que la bioluminiscencia encontrada en algunos hongos es metabólicamente similar a los procesos naturales comunes entre las plantas. Al insertar el ADN obtenido del hongo, los científicos pudieron crear plantas que brillan mucho más que antes.
Los científicos pueden utilizar esta luz biológica para observar el funcionamiento interno de las plantas. A diferencia de otras formas de bioluminiscencia comúnmente utilizadas, como las luciérnagas, no son necesarios reactivos químicos únicos para mantener la bioluminiscencia de los hongos. Las plantas que contienen el ADN del hongo brillan continuamente durante todo su ciclo de vida, desde las plántulas hasta la madurez.
El nuevo descubrimiento también se puede utilizar con fines prácticos y estéticos, especialmente para crear flores brillantes y otras plantas ornamentales . Y aunque reemplazar las luces de la calle con árboles brillantes puede resultar fantástico, las plantas producen un agradable aura verde que emana de su energía viva.
El informe en Nature Biotechnology fue escrito por 27 científicos, liderados por los Dres. Karen Sarkisyan e Ilia Yampolsky. La investigación se llevó a cabo principalmente a través de una colaboración entre Planta, una startup de biotecnología en Moscú, el Instituto de Química Bioorgánica de la Academia de Ciencias de Rusia, el Instituto de Ciencias Médicas de Londres MRC y el Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria. El apoyo financiero fue proporcionado por Planta, la Fundación Skolkovo y la Fundación de Ciencias de Rusia.
Según los autores, las plantas pueden producir más de mil millones de fotones por minuto. El Dr. Keith Wood, CEO de Light Bio, afirma que «hace treinta años, ayudé a crear la primera planta luminiscente utilizando un gen de las luciérnagas. Estas nuevas plantas pueden producir un brillo mucho más brillante y más estable, que está totalmente incorporado en su codigo genetico.» Light Bio es una nueva compañía que planea comercializar esta nueva tecnología en plantas ornamentales en asociación con Planta.
Sin embargo, diseñar nuevas características biológicas es más complejo que simplemente mover partes genéticas de un organismo a otro. Al igual que los engranajes en un reloj, las partes recién agregadas deben integrarse metabólicamente dentro del host. Para la mayoría de los organismos, no se conocen todas las partes necesarias para la bioluminiscencia. Hasta hace poco, una lista completa de piezas solo estaba disponible para bioluminiscencia bacteriana. Pero los intentos anteriores de crear plantas brillantes a partir de estas partes no han funcionado bien, en gran parte porque las partes bacterianas generalmente no funcionan correctamente en organismos más complejos.
Hace poco más de un año, los científicos descubrieron las partes que sostienen la bioluminiscencia en los hongos. Por primera vez, la luz viva de un organismo multicelular avanzado estaba completamente definida. En el presente informe, los autores revelan que la bioluminiscencia de los hongos funciona particularmente bien en las plantas. Esto les permitió hacer plantas brillantes que son al menos diez veces más brillantes. Usando cámaras y teléfonos inteligentes comunes, se registró iluminación verde proveniente de hojas, tallos, raíces y flores. Además, la producción de luz sostenida se logró sin dañar la salud de las plantas.
Aunque los hongos no están estrechamente relacionados con las plantas, su emisión de luz se centra en una molécula orgánica que también se necesita en las plantas para hacer las paredes celulares. Esta molécula, llamada ácido cafeico, produce luz a través de un ciclo metabólico que involucra cuatro enzimas. Dos enzimas convierten el ácido cafeico en un precursor luminiscente, que luego es oxidado por una tercera enzima para producir un fotón. La última enzima convierte la molécula oxidada nuevamente en ácido cafeico para comenzar el ciclo nuevamente.
En las plantas, el ácido cafeico es un componente básico de la lignina, que ayuda a proporcionar resistencia mecánica a las paredes celulares. Por lo tanto, es parte de la biomasa lignocelulosa de las plantas, que es el recurso renovable más abundante en la Tierra. Como componente clave del metabolismo de las plantas, el ácido cafeico también es parte integral de muchos otros compuestos esenciales involucrados en colores, fragancias, antioxidantes, etc. A pesar de sus nombres similares, el ácido cafeico no está relacionado con la cafeína.
Al conectar la producción de luz a esta molécula fundamental, el brillo emitido por las plantas proporciona un indicador metabólico interno. Puede revelar el estado fisiológico de las plantas y sus respuestas al medio ambiente. Por ejemplo, el brillo aumenta dramáticamente cuando se coloca una cáscara de plátano madura cerca (que emite etileno). Las partes más jóvenes de las plantas tienden a brillar más intensamente y las flores son particularmente luminosas. Los patrones parpadeantes o las ondas de luz a menudo son visibles, revelando comportamientos activos dentro de las plantas que normalmente estarían ocultos.
En esta investigación publicada, los autores confiaron en las plantas de tabaco debido a su genética simple y su rápido crecimiento. Pero los beneficios de la bioluminiscencia de los hongos se ajustan ampliamente a las plantas. La investigación en Planta, y por Arjun Khakhar y sus colegas, ha demostrado la viabilidad de otras plantas brillantes, como el bígaro, la petunia y la rosa. Incluso se pueden esperar plantas más brillantes con un mayor desarrollo. Pueden ser posibles nuevas funciones, como cambiar el brillo o el color en respuesta a las personas y los alrededores. A través de este aura viviente, incluso podemos obtener una nueva conciencia de nuestras plantas que emulan el atractivo inspirador de Avatar.
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