Las plantas producen la hormona ácido jasmónico como respuesta de defensa cuando son desafiadas, lo que hace que sus hojas tengan mal sabor para los depredadores.
por la Universidad de Bielefeld
Los biólogos quieren determinar si los precursores biológicos y otras variantes del ácido jasmónico provocan efectos similares o diferentes. Pero estos derivados de la hormona hasta ahora han sido demasiado caros para los experimentos y difíciles de conseguir. Investigadores de las Facultades de Química y Biología de la Universidad de Bielefeld han desarrollado un método para hacer que la producción de un precursor biológicamente significativo del ácido jasmónico sea más eficiente y más barata. Su innovación: imitaron cómo las plantas producen la hormona. El resultado es 12-OPDA, un precursor central del ácido jasmónico. A largo plazo, también podría ser un precursor potencial de perfumes de alta calidad.Ciencia avanzada .
«El ácido jasmónico puede, por ejemplo, desencadenar la liberación de sustancias tóxicas como la nicotina en las hojas, lo que daña a los depredadores», explica el biólogo profesor Dr. Karl-Josef Dietz. «Las plantas de tabaco emiten una forma modificada de ácido jasmónico que induce a las plantas vecinas a prepararse para los ataques», dice Dietz. «El ácido jasmónico también favorece la curación y puede estimular la regeneración de las plantas dañadas».
Dietz dirige el Grupo de Trabajo de Bioquímica y Fisiología Vegetal en la Universidad de Bielefeld. Está investigando cómo reaccionan las plantas al estrés y trabaja para cambiar y optimizar su respuesta. «Esto nos permitirá preparar las plantas para las nuevas condiciones ambientales derivadas del cambio climático, por ejemplo». Si el clima más cálido conduce a un aumento de las poblaciones de escarabajos, las plantas podrían estar equipadas con la capacidad de dañar a estos atacantes con sustancias amargas. «Estamos interesados en el efecto de las preformas de ácido jasmónico, como el 12-OPDA, que solo está disponible en el rango de miligramos y luego cuesta varios cientos de euros», dice Dietz.
«El alto precio se debe al proceso de producción que requiere mucha mano de obra, ya que la producción de 12-OPDA es extremadamente compleja e implica numerosos pasos de reacción en el proceso químico clásico», dice el profesor químico Dr. Harald Gröger. Dirige el Grupo de Trabajo de Química Orgánica Industrial y Biotecnología de la Universidad de Bielefeld. Junto con Dietz, desarrolló la idea de producir 12-OPDA (ácido 12-oxofitodienoico) como precursor del ácido jasmónico mediante un método sintético eficaz e innovador. Ambos científicos realizan investigaciones en el Centro de Biotecnología (CeBiTec) de la Universidad de Bielefeld.
El nuevo método utiliza enzimas como catalizadores vegetales en una forma optimizada para fines sintéticos. «Es importante que estas enzimas se utilicen en la proporción correcta», dice Jana Löwe. Es la autora principal del nuevo estudio e investigadora del grupo de trabajo de Gröger. La mejor parte del nuevo método es que si todas las condiciones iniciales son correctas, posteriormente se ejecuta por sí solo.
«Al igual que las plantas, utilizamos ácido linolénico de fácil acceso en combinación con sólo tres reacciones enzimáticas», explica Löwe. El ácido linolénico se puede extraer del aceite de colza, por ejemplo. La primera enzima incorpora oxígeno del aire al ácido linolénico. La segunda enzima posteriormente produce un intermedio altamente inestable, que luego se convierte en 12-OPDA por la tercera enzima.
«Suena simple», dice Gröger. «La dificultad hasta ahora, sin embargo, ha sido la etapa intermedia sensible y de corta duración creada por la segunda enzima. Si la tercera enzima no se agrega inmediatamente, los productos resultantes son inutilizables».
Löwe resolvió el problema utilizando bacterias como productoras de enzimas para la segunda y última etapa de la reacción, en combinación con una enzima comercial derivada de la soja para la primera etapa de reacción. Las bacterias (Escherichia coli) han sido modificadas genéticamente para proporcionar las dos enzimas en las cantidades necesarias. «Tan pronto como se forma el intermedio inestable, la enzima requerida está disponible de inmediato y asegura la producción de 12-OPDA», dice Löwe.
El 12-OPDA se puede utilizar directamente en estudios biológicos o convertirse en otras sustancias necesarias para los experimentos de Dietz, por ejemplo. Löwe también ha desarrollado un método para esto. «Esto nos proporciona una biblioteca de descendientes de 12-OPDA para investigaciones fisiológicas de plantas», dice Dietz. «Con más reacciones, el 12-OPDA podría incluso usarse para producir dihidrojasmonato de metilo de manera eficiente en el futuro», dice Gröger. «Esta es una sustancia necesaria como ingrediente en muchos perfumes conocidos».
