El comienzo de un nuevo mundo. Plantas con capacidad bioluminiscente

Mikel Arretxe Garcés y Alvaro Yusta García, tercer curso de Grado en Biotecnología en Universidad Pública de Navarra. Profesor: Dr. Dr. Jorge Poveda Arias

El comienzo de un nuevo mundo. Plantas con capacidad bioluminiscente

Gracias al avance de la ciencia durante los últimos años, los seres humanos nos vemos con la capacidad de conferir habilidades a otros organismos que antes no tenían ¿quiere decir esto que podemos jugar a ser “Dios”?

En cierta medida sí. No tenemos la capacidad de crear una planta que hable (de momento), pero sí podemos dotarlas de poderes que, sin nuestra ayuda, jamás conseguirían, como por ejemplo que emitan luz por sí mismas. Esto nos abre un amplio abanico de posibilidades que años atrás eran impensables. ¿Os imagináis un mundo donde las farolas sean sustituidas por árboles y la factura de la luz no sea un problema? ¿Y si utilizamos esta capacidad de emitir luz para que las plantas nos avisen de compuestos tóxicos que no podemos detectar a simple vista? Estas y muchas más aplicaciones hoy en día son posibles y te explicamos cómo se hace.

La bioluminiscencia es la capacidad de un organismo de emitir luz por sí solo. Que los seres vivos tienen la capacidad de producir y emitir luz propia no es algo nuevo, pues se conocen muchas especies de hongos, animales y bacterias con estas características. Por ejemplo, en un ambiente en el que la bioluminiscencia es una gran ventaja, como el fondo de los mares, se estima que cerca del 80% de las especies son bioluminiscentes. Aunque la bioluminiscencia sea tan relativamente abundante en el conjunto de los seres vivos, no es así en el reino de las plantas, reino en el que no se conocen especies capaces de irradiar luz.

Las primeras plantas bioluminiscentes que se crearon fueron plantas de tabaco, desarrollándose gracias a una colaboración entre un grupo de científicos y la empresa biotecnológica rusa Planta LLC. Esta hazaña se ha podido llevar a cabo gracias a que la bioluminiscencia de los hongos funciona particularmente bien en las plantas. La emisión de luz se centra en una molécula orgánica necesaria en las especies vegetales para fabricar las paredes celulares. Los genes responsables de la bioluminiscencia se han sacado de Neonothopanus nambi y están relacionados con las enzimas que convierten el ácido cafeico en una luciferina, que emite energía en forma de luz. Aunque toda la planta sea luminiscente se ha visto que los brotes jóvenes son más brillantes, por lo que la planta pierde brillo a medida que va madurando.

Aquí llegamos a lo que realmente importa ¿cómo llegamos de una planta normal a una planta bioluminiscente?

El proceso consiste en la introducción de los genes responsables de emitir luz de un organismo bioluminiscente a nuestra planta. Para ello, necesitamos saber qué vamos a insertar, cómo lo vamos a insertar y dónde queremos que se exprese la luz.

La respuesta a la primera pregunta la hemos planteado con anterioridad, el hongo N. nambi sintetiza unos genes que toman el ácido cafeico y lo transforman a luciferina, pero ¿qué es la luciferina? El mecanismo utilizado por los organismos bioluminiscentes es muy simple: este mecanismo se denomina luciferina-luciferasa, en el cual la enzima luciferasa toma como sustrato a la luciferina para oxidarla y generar luz. Estos genes que vamos a introducir cambian el ácido cafeico a luciferina, además de producir la enzima luciferasa. Para la segunda respuesta nos ayudamos de un vector con gran aplicación en el mundo de la biotecnología vegetal, se trata de la bacteria Agrobacterium tumefaciens. Este organismo es capaz de transportar los genes del hongo a la planta que se quiere transformar e insertarlos en el genoma de la planta, proceso conocido como transgénesis. Para que se entienda mejor A. tumefaciens es el mensajero que le entrega una carta (los genes) al destinatario (la planta).  Finalmente, como el ácido cafeico está presente en la pared celular de todas las células vegetales, la planta podrá irradiar luz en su totalidad. Si lo que queremos es que la planta brille en su totalidad, de forma continua y que este brillo no se vea afectado por ninguna condición externa, podríamos usar los genes del hongo, que se expresan en toda la planta y hacer que usen el ácido caféico, compuesto presente en todas las células de la planta.

La expresión constitutiva de la luz tiene un gran potencial para sustituir el alumbrado público, disminuyendo la contaminación lumínica, el CO2 atmosférico y el gasto en energía, además de provocar un incremento en la producción de O2. Podemos usar promotores inducibles que actúan como “interruptores moleculares” que en presencia de un compuesto se encienden (la planta produce los genes introducidos y se genera luz) y cuando el compuesto no está presente los genes introducidos no se expresaran y la planta no emitirá luz. Esto puede usarse, por ejemplo, si queremos que la planta nos avise cuando hay una sustancia tóxica en el medio.

Éstas son solo algunas de las aplicaciones más relevantes, pero sin duda alguna estamos ante un mundo por descubrir.

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