Un equipo dirigido por científicos del Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) ha modificado álamos para producir sustancias químicas valiosas que pueden utilizarse para fabricar plásticos biodegradables y otros productos.
por el Laboratorio Nacional de Brookhaven
Los árboles modificados toleraron mejor los altos niveles de sal en el suelo y se descompusieron con mayor facilidad para su conversión en biocombustibles y otros bioproductos.
El estudio , publicado en Plant Biotechnology Journal , muestra que los álamos, que ya son útiles como cultivo bioenergético, pueden reprogramarse a nivel genético para que actúen como fábricas vivientes para producir materiales de alto valor.
Este enfoque para fabricar materias primas importantes podría ayudar a establecer una cadena de suministro nacional flexible, reduciendo potencialmente los costos y la dependencia de productos químicos especializados importados.
«Este estudio demuestra la plasticidad metabólica, o flexibilidad, del álamo y la viabilidad de diseñar cultivos resistentes al estrés para producir múltiples productos deseados», afirmó Chang-Jun Liu, biólogo del Laboratorio Brookhaven, quien dirigió la investigación. «Es un ejemplo de cómo los descubrimientos biológicos básicos que nos ayudan a comprender los procesos metabólicos en las plantas pueden dar lugar a aplicaciones prácticas en el mundo real».
El equipo de estudio incluyó colaboradores del Instituto Conjunto de BioEnergía, administrado por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del DOE, y de la Universidad de Kioto.
Reingeniería del álamo
El equipo modificó álamos híbridos para producir ácido 2-pirona-4,6-dicarboxílico (PDC), un compuesto utilizado para fabricar plásticos y recubrimientos duraderos y de alto rendimiento. Este compuesto se genera normalmente mediante procesos químicos complejos o mediante el uso de bacterias y otros microbios para descomponer la biomasa.
El equipo de Brookhaven trasladó el proceso microbiano a las plantas insertando cinco genes de microbios naturales del suelo en álamos híbridos. Estos genes conforman una vía metabólica sintética que redirige parte del sistema metabólico de la planta para producir PDC y otros compuestos relacionados, como el ácido protocatecuico y el ácido vainílico, ambos con usos industriales y farmacéuticos.
«El álamo crece rápidamente, se adapta a diversos entornos y es fácil de propagar», afirmó Nidhi Dwivedi, quien trabaja con Liu en el Departamento de Biología del Laboratorio de Brookhaven. «Al incorporar esta nueva vía, ampliamos la gama de bioproductos que estos árboles pueden producir».
Otros cambios beneficiosos
Las modificaciones genéticas modificaron la química interna de los álamos de otras maneras útiles. En concreto, las paredes celulares de las plantas modificadas contenían niveles más bajos de lignina, un polímero orgánico «leñoso» que dificulta la descomposición de la biomasa.
Al mismo tiempo, las paredes celulares presentaban mayores niveles de hemicelulosa, un tipo de azúcar complejo que puede utilizarse para conversiones bioquímicas. Con menos lignina y más azúcares extraíbles, los árboles modificados produjeron hasta un 25 % más de glucosa y 2,5 veces más xilosa, ingredientes clave para la producción de biocombustibles y otros bioproductos.
Los cambios metabólicos también provocaron una mayor acumulación de una sustancia cerosa llamada suberina en la corteza y las raíces de los álamos. La suberina protege los tejidos vegetales, les ayuda a retener agua y nutrientes, y bloquea las toxinas, lo que permite que los álamos modificados crezcan en condiciones adversas, como suelos salinos.
«Estos árboles pueden crecer en suelos no aptos para la producción de alimentos, por lo que no competirán por tierras agrícolas de primera calidad», dijo Dwivedi. «Cuando se ven afectados por altos niveles de sal, producen niveles aún mayores de bioproductos que cuando no están sometidos a estrés».
Hasta ahora, los resultados provienen de plantas cultivadas en invernadero. El siguiente paso es probar los álamos modificados en condiciones de campo para confirmar su rendimiento y estabilidad a largo plazo. El equipo continuará optimizando la vía metabólica para obtener rendimientos aún mayores de PDC y compuestos relacionados.
Los investigadores señalan que este modelo de fabricación basada en plantas es fácilmente modificable y escalable para satisfacer las demandas cambiantes sin la inversión inicial requerida para las instalaciones de fabricación de productos químicos convencionales.
«Este trabajo nos proporciona una comprensión más profunda del metabolismo vegetal», afirmó Liu. «Usando diferentes combinaciones de genes, podríamos potencialmente crear productos adicionales. Este conocimiento ayudará a los investigadores a diseñar cultivos productivos para diversas necesidades de la industria manufacturera y la agricultura en Estados Unidos».
Más información: Nidhi Dwivedi et al., La ingeniería de la producción de ácido 2-pirona-4,6-dicarboxílico revela la plasticidad metabólica del álamo, Plant Biotechnology Journal (2025). DOI: 10.1111/pbi.70414
Nota editorial:
Este artículo ha sido elaborado con fines divulgativos a partir de información pública y fuentes especializadas, adaptado al enfoque editorial del medio para facilitar su comprensión y contextualización.
